Mysterium aufgetaucht: Wissenschaft Blasen decodiert

Wer hat um Seife eingeseift oder schaumige Schaum Form auf frisch gezapftes Soda gesehen hat die zarte Wissenschaft Blasen in Aktion erlebt. Aber während Luftblasen und schaumig Materialien häufig im Alltag sind, Wissenschaftler haben gekämpft, um Schaum kompliziertes Verhalten modellieren – die Art und Weise Cluster Blasen wachsen, verformen und letztlich pop.

Nun, Forscher an der University of California, Berkeley haben erstellt eine Reihe von Gleichungen, die Modell wie schaumige Cluster entwickeln, aufgrund ihrer Prüfung der Formwandler Seifenblasen. Die Ergebnisse veröffentlicht heute (9. Mai) in der Zeitschrift Science, helfen, die komplexe und dynamische Bewegung der Schäume vorherzusagen.

Verstehen und Vorhersagen zu Blase Verhalten ist wichtig, weil die Produktion von Chemikalien, die wir uns, wie Flammschutzmittel verlassen, schäumt und schäumt umfasst.

Mathematische Modelle für Schaumstoffe bauen ist schwierig, weil sie einzelnen Blasen miteinander verbunden in einem Cluster, oft teilen, Mauern und Grenzen, sagte James Sethian, Professor für Mathematik an der University of California, Berkeley und Co-Autor der neuen Studie gemacht werden.

"Physikalische Effekte Drive diese Schnittstellen herum und die Komplexität hat zu tun mit der Tatsache, dass die Mechanik auf einer Vielzahl von Raum und Zeit Skalen auftreten," sagte Sethian LiveScience. "Es ist schwierig, um numerische Modelle zu bauen, mit denen Sie diese völlig unterschiedlichen Skalen miteinander zu koppeln, so dass sie miteinander in einer Weise sprechen, die genaue und physikalisch sinnvoll ist." [Flüssige Skulpturen: umwerfende Fotos von fallendem Wasser]

Sethian und sein Co-Autor Robert Saye identifiziert drei Schlüsselphasen der Schaum Evolution: die Neuordnung der Bläschen; die Entwässerung der Flüssigkeit durch der Luftblasen dünne Wände oder Membranen; und die anschließenden Phase wo die Membranen so dünnen die Bläschen werden platzen.

Die Forscher testeten ihr Modell auf unterschiedlicher Größe Clustern von Seifenblasen und gefunden, dass die Modelle genau die Bewegung von den Blubber vorhergesagt.

"Die Dynamik in Abhängigkeit von der Anzahl der Bläschen, die beteiligten Materialien und die Viskosität der Flüssigkeiten zu ändern", sagte Sethian.

Denis Weaire, Physiker und emeritierter Professor am Trinity College Dublin in Irland, die Forschung genannt "Neuanfang" in das Studium der Physik Schaum. Weaire war nicht in der neuen Studie beteiligt, sondern verfasste einen redaktionelle Artikel diskutieren die Auswirkungen der Ergebnisse.

"Ich denke, Leute wie mich auf diese Entwicklung für eine ganze Weile gewartet haben," sagte Weaire LiveScience.

Bläschen und Schäume entstehen durch Überfüllung Lufteinschlüsse in Flüssigkeiten und sind angewiesen auf eine fließende Eigenschaft namens Oberflächenspannung. Hohe Oberflächenspannung ist was eine Büroklammer schwimmen auf der Oberfläche der Wasser anstatt untergetaucht werden können.

Wenn Wasser aus einem Hahn fließt, Bläschen bilden sich aber sehr schnell pop. Dies ist, weil die Oberflächenspannung des Wassers hoch, so dass die Bläschen entwickeln sehr dünne Membranen, die sie leicht Bruch verursachen.

Oberfläche Wirkstoffe oder Tensiden, sind organische Verbindungen, die an der Oberfläche des Wassers, die senkt die Oberflächenspannung und stabilisiert Bläschen. Seife und Geschirrspüler Flüssigkeit sind Beispiele für Materialien, enthält Tenside, was erklärt, warum Seifenwasser erstellen kann große Cluster Blasen, während normales Wasser ist nicht möglich.

Weaire sagte, dass die neue Gleichungen Physiker hilft, die Studie so genannte instabile Schäume, in die verschiedenen Faktoren, wie Schwerkraft, Ursache Flüssigkeiten durch die Luftblasen Membranen, abtropfen lassen, die schließlich macht sie platzen.

"Die Herausforderung in der Zukunft wird um diese dynamischen Situationen oder instabilen Schäume, die weit von Gleichgewicht zu beschreiben", sagte Weaire. "Wohin es alles führen wird, ist schwer zu sagen, aber dies eröffnet ein neues Zentrum für das Thema."

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