Мы взяли узкую прозрачную пластиковую трубу длиной 1 метр с заглушкой на одном конце, наполнили большую её часть водой и закрыли второй конец. Перевернём трубу, и длинный воздушный пузырь неспешно поднимается вверх. На глаз его движение выглядит равномерным, и скоростная съёмка подтверждает это предположение. Такие пузыри называются тейлоровскими в честь английского гидродинамика Джеффри Тейлора, который одним из первых их исследовал. Тейлоровские пузыри возникают при бурении скважин, когда нефть поднимается вместе с попутным газом, в теплообменниках и химических реакторах. В таком режиме скорость течения жидкости существенно изменяется, и это необходимо учитывать.

После школьного курса физики кажется очевидным, что пузырь поднимается благодаря действию архимедовой силы. Она уравновешивается силой лобового сопротивления, вот пузырь и движется равномерно. Но выталкивающая сила возникает за счёт того, что гидростатическое давление растёт с глубиной, и результирующая сила давления, действующая на поверхность тела, направлена вверх. А пузырь — это очень странное тело: его масса очень мала, а давление воздуха внутри него и на его поверхности всюду одно и то же. И возникает сомнение, можно ли вообще говорить, что на пузырь действует сила Архимеда, выяснению этого вопроса мы посвятили весёлый ролик «Парадокс всплывающего пузыря». Однако сделаем такой опыт: вынем одну из пробок, заполним водой всю трубу целиком и зажмём ладонью открытый конец. А теперь перевернём трубу, отпустим ладонь, и граница раздела воды и воздуха поднимается с той же скоростью, что и пузырь! Здесь говорить о силе Архимеда точно не уместно, и нам приходится менять модель.

Будем смотреть не на воздух, а на воду. Под действием силы тяжести вода разгоняется, обтекая округлую «голову» пузыря, тонким слоем стекает по стенкам трубы и собирается в «хвосте». И вот за счёт этого постепенного перемещения воды пузырь и поднимается вверх. Осталось оценить скорость его всплывания с помощью метода размерностей и проверить на опыте правильность полученной формулы для трубок разного диаметра. И тут всё оказалось не так просто. А ещё в конце нашего нового ролика «Удивительные тейлоровские пузыри» вы увидите эксперимент, результат которого кажется весьма неожиданным! Смотрите, размышляйте вместе с нами и не забывайте ставить лайки!