李钰涵 潘志民

(南京外国语学校，江苏 南京 210008)

气泡是指液体内的一小团空气或者某种气体，由于表面张力作用而呈球状。气泡中的空气或者气体密度小于液体的密度，因此气泡在液体中会受到浮力而上浮。2019年国际青年物理学家锦标赛(IYPT)的一道题目——“下沉的气泡”改变了我们的想法，在一些实验视频里我们观察到：装有水的上下振动的试管等容器中气泡会下沉到底部，令人称奇。究竟是什么因素使水中的气泡下沉呢？笔者做了以下的思考和研究。

1 竖直试管中气泡运动状态分析

2019年IYPT第16题(Sinking Bubbles，下沉的气泡)原题如下：

When a container of liquid (e.g. water) oscillates vertically, it is possible that bubbles in the liquid move downwards instead of rising. Investigate this phenomenon。

该题要求对“在一个盛有液体(例如水)的容器垂直振动时，液体中的气泡向下运动”的现象进行探究，首先对竖直试管中气泡的运动状态进行分析。

当试管竖直放置、试管下部存在气泡时，气泡会上浮。如果处于完全失重的空间，比如在外太空环境中，气泡不会上浮，就可能停留在水中的任何位置。在地面上，如何能造成失重的状态呢？联想到高中物理中学过的自由落体的失重状态，在做自由落体运动的电梯轿厢中，人们是感受不到重力的，也就是处于完全失重状态。设想试管、水、气泡一起做自由落体运动，相对于试管，气泡可以停留在水中的任何位置，自由落体运动竖直向下的重力加速度是造成完全失重的原因。继续分析可知：如果竖直试管运动时向下的加速度比重力加速度小，处于失重状态，气泡还是会上浮。如果试管向下的加速度大于重力加速度，那么气泡不但不会上浮，反而会下沉。……