فقاعة حلقية

فيديو خارجي
	الفقاعات الحلقية التي تكونها الدلافين. عالم البحار.
	دوامات حلقية استثنائية.[6]
	تصوير بطئ لفقاعة حلقية يكونها غواص تحت المياه.

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.[7]

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.

${\displaystyle \omega ^{2}=\left({\frac {kaK_{1}}{ka}}\right)\left[(1-k^{2}a^{2}){\frac {T}{pa^{3}}}-{\frac {\Gamma ^{2}}{4\pi ^{2}a^{4}}}\right]}$

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.[8] 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.[7]

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.

تقوم الحيتانيات، مثل الحيتان البيضاء، و الدلافين، و الحيتان الحدباء، بنفخ فقاعات حلقية من أفواهها. تقوم الدلافين أحياناً بسلوكيات لعب معقدة، تصنع خلالها فقاعات حلقية عن قصد، بغرض التسلية.[12]

تصنع الحيتانيات الفقاعات الحلقية بطريقتين: الأولى عن طريق نفخ الهواء في الماء وتركه يصعد إلى السطح مكوناً حلقة، والثانية بصنع دوامة حلقية بأذيالها وحقن فقاعة داخل تيارات الدوامة الحلزونية، وهكذا تتكون الفقاعة الحلقية. تقوم الدلافين عادة بفحص الفقاعات الحلقية التي كونتها، بصرياً وبواسطة موجاتها الصوتية. كما تقوم أحياناً أيضاً باللعب بالفقاعات الحلقية، بتغيير شكلها، أو تكسيرها لفقاعات حلقية أصغر مستخدمة منقارها.

يبدو أيضاً أن الدلافين تستمتع بعَضّ الفقاعات الحلقية التي كونتها، فتقسمها إلى فقاعات متعددة منفصلة وتتركها ترتفع سريعاً إلى السطح. تمتلك الدلافين أيضاً القدرة على تكوين فقاعات حلقية بذيولها باستخدام الهواء الجوي فوق سطح المياه.[13]

حيتان بيضاء تكون فقاعات حلقية.

تصوير جوي لشبكة فقاعات الحيتان الحدباء.

تستخدم الحيتان الحدباء نوعاً آخر من الفقاعة الحلقية عندما تصطاد أسماك العلف. تحيط الحيتان سرباً من أسماك العلف بشبكة فقاعية، فتتجمع الأسماك في شكل كروي للدفاع عن نفسها دون أن تدرك أن الحيتان استخدمت دفاعها ضدها، ويُسمى ذلك التجمع بكُرة الطعم.[14]

ينفخ طفل فقاعات الصابون من حلقة.

يستطيع بعض الممارسين للغوص بالمعدات و الغوص الحر، صُنع فقاعات حلقية بنفخ الهواء من أفواههم بطريقة معينة. قد تتكون الفقاعات الحلقية الطويلة أيضاً بشكل طبيعي في المياه المضطربة، مثل الأمواج المتكسرة.

يُستخدم مصطلح «حلقة الفقاعة» أيضاً في سياقات أخرى. يوجد لعبة أطفال شائعة لنفخ فقاعات الصابون، تُسمى حلقة الفقاعة. تأتي هذه اللعبة بدلاً للعبة أنبوب الفقاعة التي كانت شائعة الاستخدام لسنوات عديدة، بسبب أن أنبوب الفقاعة قد يذكر بالتدخين، مما يعد مثالاً سيئاً جداً للأطفال.

تكون رغوة الصابون في هذه اللعبة، عالقة في حلقة متصلة بواسطة عصاة رفيعة متصلة بغطاء الزجاجة الحاوية للرغوة.[15]

• حلقة الدوامة

• دلافين تلعب بفقاعات حلقية (فيديو).
• دولفين يصنع حلقات فقاعية ويلعب بها (فيديو).
• فيديوهات متنوعة للفقاعات الحلقية.
• موقع إلكتروني عن الفقاعات الحلقية.

• بوابة الفيزياء