تسقط قطرة في كأس، وينفصل عن السطح نفث صغير للغاية، نافورة رفيعة ترتفع للحظة إلى الأعلى. وبطريقة مشابهة تقريبًا تعمل فقاعة ملتصقة بجدار أنبوب إذا ما جُذب الأنبوب بحدة نحو الأسفل. يندفع الماء حول الفقاعة إلى الداخل، وينطلق نفث من قمتها. وتعتمد سرعة هذا النفث على شكل الفقاعة، أي على مدى تحدبها مثل قبة المظلة.
عندما يكون الأنبوب في الهواء وتكون الفقاعة على طرفه، يكون الأمر بسيطًا: كلما كانت الفقاعة أعمق غورًا، كان النفث أسرع. لكن عند غمر الأنبوب في الماء تظهر خدعة. إذ يغير ضغط الماء المحيط الصورة، وتصبح للفقاعة الآن انحناء مثالي. فإذا كانت مسطحة جدًا، يكون النفث ضعيفًا. وإذا كانت محدبة جدًا، يكون النفث ضعيفًا أيضًا. أما المنطقة الوسطى الذهبية فتحقق أقوى نفث.
اشتق الباحثون معادلة تجمع مساهمتين: الأولى من انحناء الفقاعة نفسها، والثانية من عمق غمر الأنبوب. وأكدت التجارب على فقاعات حقيقية مع تصوير سريع الحسابات. واتضح أن الشكل الأمثل للفقاعة يتغير عند غمر الأنبوب أعمق. وهذه ليست مجرد تسلية: فهذه النفثات موجودة في الطبيعة، فعلى سبيل المثال، عندما تنفجر الفقاعات على سطح المحيط، تطلق قطرات ملح دقيقة في الهواء.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.03185
This paper investigates the relationship between the contact angle of a spherical bubble attached to a tube submerged in a container and the jet speed induced by an impulsive acceleration at its base. While it has been well established that bubble geometry strongly influences the ejection speeds of liquid jets, mathematical studies of liquid jets with arbitrary bubble shapes remain limited. In this work, we derive a pressure impulse in the small-cavity limit as a tractable integral of classical Legendre functions. It is shown that the jet speed can be divided into two components: (i) the velocity induced by the hydrostatic pressure impulse distribution created by the curvature of the bubble, and (ii) the velocity induced by the distribution of the submersion of the tube in a container. This decomposition reveals that an optimal bubble curvature emerges only when the tube is submerged: the optimality is absent for non-submerged configurations, where the jet speed increases monotonically with bubble depth. Experiments confirm this non-monotonicity and quantitatively support the predicted shift of the optimal geometry with submersion depth.
عند انفجار فقاعة على سطح الماء، يمكن أن يتسارع النفث إلى عدة أمتار في الثانية، أسرع من جري الإنسان.