Physik hält das Geheimnis der perfekten Seifenblase

Wir haben alle begeistert in die einfache Freude am blowing Bubbles, aber die meisten von uns nie aufhören, über die zugrunde liegende Physik denken. Jetzt haben französische Physiker ein mathematisches Modell entwickelt, das genau vorhersagt, wie hart Sie Schlag auf eine perfekt geformte Blase produzieren müssen.

Laurent Courbin und Pascal Panizza des Französisch nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung und die Universität von Rennes wurden durch den Anblick der Kinder Seifenblasen in einem nahe gelegenen Park inspiriert. Sie erkannten, dass dies tatsächlich eine schlecht verstandene alltägliches Phänomen war – nämlich der genaue Mechanismus durch die Luftblasen Form als Düsen Luft ein Seifenfilm getroffen. Sie beschreiben die Ergebnisse ihrer Untersuchung in einem neuen Papier in Physical Review Letters.

Wissenschaftler haben Luftblasen und Seife Filme seit Jahrhunderten, seit den frühen 1800er Jahren, beim belgischen Physiker Joseph Plateau zunächst vier grundlegende Gesetze beschreiben die Struktur solcher Filme in seinen Studien der Oberflächenspannung angelegt. Oberflächenspannung ist der Grund, die Bläschen natürlich Runde sein wollen: Es ist die Form mit der geringsten Oberfläche für jedes Volume. Im Allgemeinen ist die mehr Fläche, desto mehr Energie braucht, um eine gegebene Form beizubehalten. Luftblasen sind so faul.

"Dieses Papier ist wirklich ein Alltags-Experiment erklären."

Aber Bläschen in einem Schaum "verrohen" im Laufe der Zeit: Schwerkraft zieht die Flüssigkeit nach unten, die Wände dünner und kleinere Bläschen bekommen allmählich von größeren aufgenommen. Courbin und Panizza benötigt länger anhaltende Seifenhäuten für ihre Experimente. Ihre Blase bläst Apparat wurde inspiriert durch früheren Arbeiten von Maarten Rutgers (jetzt Physiker bei Asyl Research), die einmal ein vierstöckiges fließenden Seifenfilm im Carnegie Science Center in Pittsburgh gebaut.

Dabei hängen zwei gewichteten Nylon-Drähte (wie Angelschnur) vertikal von einem einzigen Punkt etwa drei Fuß hoch. Dann sie eine einfache Seifenlauge tropfte (in der Regel ein oder zwei Teile Dawn Gericht Seife Reinigungsmittel auf 100 Teile Wasser) auf der Oberseite der Drähte. Die Seife tropfte hinunter und die Drähte miteinander verklebt.

Wenn sie sanft die Drähte auseinander gezogen, sie produziert eine schöne dünne Seifenfilm, die ständig floss, weil die Flüssigkeit auf dem Boden gesammelt und wieder nach oben gepumpt wurde, — im Gegensatz zu den Seifenhäuten in einem standard Blase Wand, die stationär sind. Diese können auch die Wissenschaftler die Dicke des Films und wie schnell es floss zu kontrollieren. Danach war es nur eine Frage des Bombenanschlags auf die Filme mit Jets von Gas durch eine handliche Düse erzeugt. Sie erfasst die Ergebnisse mit einer Highspeed-Kamera:

Sie fand, dass Luftblasen nur oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit für Luftgeschwindigkeit. Als Emily Conover bei Physik Focus schreibt:

Bei niedrigen Gasstrahl Geschwindigkeiten erschien nur ein kleine Grübchen in der Seifenfilm. Die Grübchen wurde tiefer als das Team die Austrittsgeschwindigkeit erweitert, bis schließlich Bläschen gebildet. Das Phänomen, das Forscher fanden heraus, lässt sich wie ein Wettstreit zwischen den Druck der Gasstrahl übt auf den Film und die Oberflächenspannung des Films, die Zunahme der Krümmung widersteht. Bläschen bilden sich, wenn der Strahldruck groß genug ist, um den Film in einer hemisphärischen Grübchen die gleiche Breite wie der Jet zu verformen. An diesem Punkt der Film hat seine maximale Krümmung erreicht, und die Blase kann mit Gas und baumeln füllen.

Diese Schwelle Geschwindigkeit variiert mit der Breite des Jets, nicht die Dicke der Folie Seife. Größere Düsen haben eine niedrigere Geschwindigkeit Schwelle und produzieren größere Luftblasen als schmaler. (Wenn der Jet breiter als der Seifenfilm ist, bestimmt die Breite der Blase Wand die Schwelle Geschwindigkeit.) Der französische Physiker wiederholte das Experiment mit einem einfachen Blase Wand, nur um zu zeigen, dass diese Grundsätze für den tatsächlichen alltäglichen Blase-Schlag halten.

Dies ist nicht nur ein Kinderspiel. Wenn Sie Blasenbildung in der Glasherstellung und anderen industriellen Prozessen zu vermeiden möchten, ist zum Beispiel mit einem besseren Verständnis der zugrundeliegenden Physik sehr hilfreich. Blase-Physik ist auch relevant für den Aufbau von Lab-on-a-Chip-Blase Logikbausteinen und künstlichen Viren für Impfstoffe. Vor allem, sagte "dieses Papier ist wirklich ein Alltags-Experiment erklären," jedoch Courbin Fokus Physik.