Dopo 500 anni risolto il mistero delle bolle d’aria di Leonardo

Perché le bolle d’aria in acqua risalgono a zig-zag? Se lo era già chiesto 500 anni fa Leonardo da Vinci e per secoli il moto non rettilineo delle bolle è rimasto un mistero. Oggi, però, Miguel Herrada dell’Università di Siviglia e Jens Eggers dell’Università di Bristol affermano di essere venuti a capo del “paradosso” di Leonardo. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas).

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L’incessante ricerca di Leonardo, tra teoria e pratica

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Come aveva già notato e annotato Leonardo da Vinci, le bolle d’aria più piccole che risalgono nell’acqua filano dritte fino alla superficie, mentre quelle più grandi sembrano titubanti – un balzello di qua e uno di là. Un moto periodico oscillatorio all’apparenza incomprensibile che, nonostante il suo genio, Leonardo non aveva i mezzi per risolvere.

Cinquecento anni dopo circa, forse, ci siamo arrivati. 

La soluzione

Per quanto ci siano familiari, infatti, le bolle d’aria in un fluido come l’acqua sono un fenomeno davvero complicato. Le loro dinamiche sono difficili da studiare perché sono influenzate da molte forze fisiche diverse, come la viscosità del fluido e l’attrito superficiale, e da altre variabili come la presenza di un contaminante. Tutto contribuisce a distorcere la forma della bolla e a modificare la dinamica dell’acqua attorno ad essa.

Per simulare la complessa interazione tra le bolle d’aria e il mezzo acquoso in cui sono immerse, Herrada e Eggers hanno utilizzato equazioni di Navier-Stokes (uno strumento matematico per descrivere il moto dei fluidi viscosi) e i loro risultati suggeriscono che esista un raggio critico per la dimensione delle bolle oltre il quale il moto non è più rettilineo. Oltre i 0,926 millimetri di diametro della bolla d’aria si configurano traiettorie a zig-zag.

Le bolle che superano il raggio critico diventano più instabili. La loro curvatura si modifica, e la parte della bolla che aumenta la sua curvatura si inclina verso l’alto influenzando la velocità del moto di risalita e provocando un’oscillazione nella traiettoria della bolla. L’aumento della velocità e la diminuzione della pressione del fluido attorno alla superficie della bolla con la più ampia curvatura riportano la bolla alla sua posizione originaria, e il ciclo ricomincia.

Via: Wired.it

Credits immagine: Ryan Loughlin su Unsplash