كتب physical explanation
اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
التفسير الفيزيائي (معلومة)
تولد الدوامة قوة لأسفل تؤثر على الفقاعة الهوائية بينما ترتفع لأعلى بفعل قوة الطفو. تؤدي هذه القوة المعاكسة لقوة الطفو إلى تقليل سرعة الفقاعة، وزيادة قُطرها. تُصبح الحلقة أقل سُمكاً، بالرغم من زيادة حجمها الداخلي الكلي كلما قل ضغط الماء حولها.
تنقسم الفقاعات الحلقية إلى فقاعات كروية عندما يقل سُمك الحلقة عن بعض المليمترات القليلة. يحدث هذا بسبب ظاهرة عدم استقرار رايلي. عندما تصل الفقاعة إلى سُمك معين، تقوم تأثيرات التوتر السطحي بشد الفقاعة وتقسيمها إلى فقاعات منفصلة. يساعد دوران المياه حول الفقاعة على إستقرارها لفترة زمنية أكبر، ومقاومة تأثيرات عدم استقرار رايلي. تعبر المعادلة التالية عن ظاهرة عدم إستقرار رايلي، ويعبر أحد عناصرها عن دوران المياه.
حيث:
- ω: معدل توسع الحلقة.
- k: رقم الموجة.
- a: نصف قطر الفقاعة.
- T: التوتر السطحي.
- Γ: دوران المائع.
- K0 وK1: دوال بيسل.
عندما تكون ω موجبة تكون الفقاعة مستقرة بسبب دوران المائع حولها، وعندما تكون ω سالبة يؤثر التوتر السطحي على استقرار الفقاعة ويُقسمها. يؤثر دوران المائع أيضاً على سرعة الفقاعة وتمددها القُطري، فيزيد سرعتها بينما يُخفض معدل تمددها القُطري. ومع ذلك، فإن التمدد القطري هو ما ينشر الطاقة بتمدد الدوامة.
يحدث عدم الاستقرار بشكل أسرع في المياه المضطربة، بينما في المياه الهادئة يستطيع الغواصون عمل فقاعة قطرها الخارجي متر أو أكثر قبل أن تنقسم إلى فقاعات صغيرة.
الطفو الناتج عن الفقاعات الحلقية
يتكون فرق في الضغط بين أعلى وأسفل الفقاعة، بينما تطفو لأعلى. يكون الضغط أسفل الفقاعة أكبر من الضغط أعلاها، ولذلك ينجذب سطحها السفلي لأسفل أسرع مما يرتفع سطحها العلوي لأعلى. ينتج عن ذلك تياراً نفاثاُ من المائع يتحرك لأعلى من مركز الفقاعة، وإذا كان هذا التيار يملك الطاقة الكافية، فإنه سيخترق السطح العلوي للفقاعة، ويخلق فقاعة حلقية. تبدأ الحلقة بالدوران بسبب تحرك الماء خلال مركز الفقاعة. يؤدي هذا الدوران إلى تحريك المائع حول الفقاعة، صانعاً دوامة حلقية.
إذا كان التوتر السطحي للسطح الفاصل للمائع مرتفع جداً، أو كانت لزوجة المائع مرتفعة جداً، فسيصبح التدفق النفاث أكثر عرضاً ولن يخترق السطح العلوي للفقاعة. ينتج عن هذا فقاعة ذات قبعة كروية. تصبح الفقاعات الهوائية التي يكون قطرها أكبر من 2 سم تقريباً، فقاعات حلقية بسبب فرق الضغط.
فقاعات التكهف
يُمكن أن تُصبح فقاعات التكهف القريبة من سطح صلب، حلقية الشكل أيضاً. يزداد الضغط الساكن بعيداً عن سطح الفقاعة مسبباً تكون تدفق نفاث ضغطه مرتفع. يُوجه هذا التدفق النفاث نحو السطح الصلب، مخترقاً الفقاعة ليكون فقاعة حلقية لفترة زمنية قصيرة. ينتج عن ذلك موجات صدمة متعددة، قد تلحق الضرر بالسطح.
فقاعة حلقية تكون دوامة حلقية، تُشبه الكعكة المحلاة، وتدور بشكل حلقي في غتجاه الأسهم.
تتحرك الفقاعة الحلقية في نفس اتجاه دوران مركزها.
غواص ينفخ فقاعات حلقية.
