Seorang mahasiswa baru-baru ini menyelesaikan sebuah pertanyaan yang membingungkan fisikawan selama lebih dari setengah abad: Mengapa gelembung-gelembung gas nampak tersangkut di dalam tabung vertikal yang sempit? Jawabannya dapat membantu menjelaskan perilaku gas alam yang terperangkap dalam batuan berpori.
Bertahun-tahun yang lalu, fisikawan memperhatikan bahwa gelembung gas dalam tabung yang cukup sempit berisi cairan tidak bergerak. Tapi itu "semacam paradoks," kata penulis senior John Kolinski, asisten profesor di departemen teknik mesin di Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL).
Itu karena gelembung gas kurang padat daripada cairan yang mengelilinginya, jadi itu harus naik ke atas tabung (seperti gelembung udara dalam segelas air soda akan naik ke atas). Terlebih lagi, satu-satunya hambatan untuk mengalir dalam cairan datang ketika cairan itu bergerak, tetapi dalam kasus ini cairan itu diam.
Untuk menyelesaikan kasus gelembung yang membandel, Kolinski dan Wassim Dhaouadi, yang merupakan mahasiswa teknik sarjana yang bekerja di laboratorium Kolinski pada saat itu dan sekarang sedang menyelesaikan gelar master di ETH Zurich, memutuskan untuk menyelidikinya menggunakan metode yang disebut "microscopy interferensi. " Metode ini adalah yang sama yang digunakan oleh detektor Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) untuk menemukan gelombang gravitasi, kata Kolinski.
Tetapi dalam kasus ini, para peneliti menggunakan mikroskop yang dibuat khusus yang memancarkan cahaya ke sampel dan mengukur intensitas cahaya yang memantul kembali. Karena cahaya memantul kembali secara berbeda berdasarkan apa yang dipukulnya, pengukuran cahaya yang dipantulkan kembali dapat membantu para peneliti mengetahui seberapa "tebal" suatu material. Dengan cara ini, mereka memeriksa sebuah gelembung apung yang terperangkap di dalam tabung tipis berisi alkohol yang disebut isopropanol. Alkohol memungkinkan mereka untuk melakukan "percobaan pembersihan sendiri," yang diperlukan karena hasilnya akan kacau oleh segala jenis kontaminasi atau kotoran, kata Kolinski.
Dimulai dengan seorang ilmuwan bernama Bretherton pada 1960-an, para peneliti menyelidiki fenomena ini secara teoritis, tetapi itu tidak pernah diukur secara langsung sebelumnya. Beberapa perhitungan menunjukkan bahwa gelembung dikelilingi oleh lapisan cairan yang sangat tipis menyentuh sisi tabung, yang perlahan-lahan berkurang ukurannya dan akhirnya menghilang, kata Kolinski. Lapisan tipis itu akan menciptakan perlawanan terhadap gerakan gelembung ketika ia mencoba untuk naik.
Para peneliti memang mengamati lapisan yang sangat tipis ini di sekitar gelembung gas dan mengukurnya menjadi sekitar 1 nanometer tebal. Itulah yang memadamkan pergerakan gelembung seperti yang diperkirakan oleh karya teoretis. Tetapi mereka juga menemukan bahwa lapisan cair (yang terbentuk karena tekanan dalam gelembung gas mendorong dinding tabung) tidak hilang, tetapi tetap pada ketebalan konstan setiap saat.
Berdasarkan pengukuran mereka terhadap lapisan tipis fluida, mereka juga dapat menghitung kecepatannya. Mereka menemukan bahwa gelembung gas tidak macet sama sekali tetapi agak bergerak "sangat lambat," pada kecepatan yang tidak terlihat oleh mata telanjang, karena perlawanan yang disebabkan oleh lapisan tipis, kata Kolinski. Namun, mereka juga menemukan bahwa dengan memanaskan cairan dan gelembung, mereka dapat menghilangkan lapisan tipis - sebuah ide baru yang bisa "menarik" untuk dieksplorasi dalam penelitian selanjutnya, tambahnya.
Temuan mereka dapat membantu menginformasikan bidang ilmu bumi. "Setiap kali Anda memiliki gas yang terkurung dalam media berpori," seperti gas alam di batu berpori, atau jika Anda mencoba untuk pergi ke arah yang berlawanan dan menjebak karbon dioksida di dalam batu, maka Anda memiliki banyak gelembung gas yang ada di ruang terbatas, kata Kolinski. "Pengamatan kami relevan dengan fisika tentang bagaimana gelembung gas ini terbatas."
Tetapi bagian lain dari kegembiraan adalah bahwa penelitian ini menunjukkan "Anda dapat memiliki orang-orang di semua tahap karir mereka memberikan kontribusi yang berharga," kata Kolinski. Dhaouadi "mengarahkan proyek menuju hasil yang sukses," kata Kolinski.
Temuan ini diterbitkan 2 Desember di jurnal Physical Review Fluids.
