Mahasiswa Pecahkan Misteri Fisika yang Bingungkan Ahli 100 Tahun

TEMPO.CO, Jakarta - Mahasiswa Politeknik Lausanne (EPFL) di Swiss, Wassim Dhaouadi dan pembimbingnya John M. Kolinski berhasil memecahkan misteri fisika yang membingungkan para ilmuwan selama 100 tahun. Dia menemukan mengapa gelembung-gelembung gas dalam cairan di pipa vertikal yang sempit tetap tersangkut dan tidak naik ke atas.

“Saya senang mendapat proyek penelitian di awal kurikulum saya. Ini adalah cara berpikir dan belajar yang baru, sangat berbeda dari rangkaian Pekerjaan Rumah di mana Anda tahu ada solusinya, meskipun sulit ditemukan. Awalnya, kami tidak tahu apakah akan ada solusi untuk masalah ini," ujar Dhaouadi, dikutip Scitech Daily, Selasa, 3 Desember 2019.

Menurut penelitian dan pengamatannya, sebuah lapisan atau selaput ultra-tipis berbentuk cair di sekitar gelembung, mencegah balon udara itu naik secara bebas. Dan dia menemukan bahwa, kenyataannya, gelembung-gelembung itu tidak macet sama sekali, meski hanya bergerak sangat lambat.

Gelembung udara dalam segelas air melayang bebas ke permukaan, dan mekanisme di baliknya mudah dijelaskan oleh hukum dasar fisika. Namun, hukum sains yang sama tidak dapat menjelaskan mengapa gelembung udara dalam tabung berdiameter  beberapa milimeter tidak naik dengan cara yang sama.

Fisikawan pertama kali mengamati fenomena ini hampir seabad lalu, tapi tidak dapat memberikan penjelasan. Dalam teori, gelembung-gelembung itu seharusnya tidak menemui perlawanan apa pun kecuali fluida bergerak, dengan demikian gelembung yang macet tidak akan menemui hambatan.

"Dhaouadi pada dasarnya berpartisipasi karena minatnya dalam penelitian, dan akhirnya menerbitkan kertas dari karyanya yang memecahkan teka-teki berabad-abad," kata Kolinski. "Dhaouadi membuat penemuan luar biasa di lab kami. Kami senang dia bekerja bersama kami."

Kembali pada 1960-an, seorang ilmuwan bernama Bretherton mengembangkan formula berdasarkan bentuk gelembung untuk menjelaskan fenomena ini. Peneliti lain sejak itu mendalilkan bahwa gelembung tidak naik karena lapisan tipis cairan yang terbentuk antara gelembung dan dinding tabung.

Namun teori-teori ini tidak dapat sepenuhnya menjelaskan mengapa gelembung tidak naik ke atas. Dhaouadi tidak hanya bisa melihat lapisan tipis cairan, tapi juga mengukur dan menggambarkan sifat-sifatnya, sesuatu yang belum pernah dilakukan sebelumnya.

Temuannya menunjukkan bahwa gelembung-gelembung itu tidak macet, seperti yang dipikirkan para ilmuwan sebelumnya, tapi sebenarnya bergerak ke atas dengan sangat lambat. Penelitian Dhaouadi, diterbitkan baru-baru ini dalam Physical Review Fluids, menandai pertama kalinya bahwa bukti eksperimental diberikan untuk menguji teori sebelumnya.

Dhaouadi dan Kolinski menggunakan metode gangguan optik untuk mengukur lapisan, yang mereka temukan hanya beberapa lusin nanometer (1x10-9 meter) tebalnya. Metode ini melibatkan mengarahkan cahaya ke gelembung udara di dalam tabung sempit dan menganalisis intensitas cahaya yang dipantulkan.

Menggunakan gangguan cahaya yang dipantulkan dari dinding bagian dalam tabung dan permukaan gelembung, mereka secara tepat mengukur ketebalan selaput.

Dhaouadi juga menemukan bahwa film berubah bentuk jika panas diterapkan ke gelembung dan kembali ke bentuk aslinya setelah panas dihilangkan. "Penemuan ini menyangkal teori-teori terbaru bahwa selaput akan mengalir ke ketebalan nol," kata Kolinski.

Pengukuran ini juga menunjukkan bahwa gelembung sebenarnya bergerak, meskipun terlalu lambat untuk dilihat oleh mata manusia. "Karena lapisan selaput antara gelembung dan tabung sangat tipis, itu menciptakan resistensi kuat untuk mengalir, secara drastis memperlambat kenaikan gelembung," kata Kolinski.

Temuan ini berkaitan dengan penelitian mendasar, tapi dapat digunakan untuk mempelajari mekanika fluida pada skala nanometrik, terutama untuk sistem biologi.

SCITECH DAILY | PHYSICAL REVIEW FLUID