Každý má rád bubliny, bez ohledu na věk—čím větší, tím lepší. Ale foukat opravdu velké bubliny světového rekordu vyžaduje velmi přesnou bublinkovou směs. Fyzici zjistili, že klíčovou složkou je míchání v polymerech různých délek pramenů, podle nového dokumentu ve fyzikálních tekutinách. To vytváří mýdlový film schopný natáhnout dostatečně tenký, aby vytvořil obří bublinu bez rozbití.

bubliny se mohou zdát frivolní, ale existuje nějaká složitá základní fyzika, a proto je jejich studium již dlouho vážnou vědou. V roce 1800 nastínil Belgický fyzik Joseph Plateau čtyři základní zákony povrchového napětí, které určují strukturu mýdlových filmů. Povrchové napětí je důvod, proč jsou bubliny kulaté; tento tvar má nejmenší povrchovou plochu pro daný objem, takže k udržení vyžaduje nejméně energie. Postupem času začne tento tvar vypadat spíše jako fotbalový míč než dokonalá koule, protože gravitace táhne kapalinu dolů („hrubnutí“).

Bubliny a pěny zůstane aktivní oblast výzkumu. Například v roce 2016 francouzští fyzici vypracovali teoretický model přesného mechanismu tvorby mýdlových bublin, když proudy vzduchu zasáhly mýdlový film. Zjistili, že bubliny se tvořily pouze nad určitou rychlostí, což zase závisí na šířce proudu vzduchu. Pokud je proud široký, bude existovat nižší prahová hodnota pro vytváření bublin a tyto bubliny budou větší než bubliny produkované užšími tryskami, které mají vyšší prahové hodnoty rychlosti. To je to, co se děje, fyzikálně, když foukáme bubliny malou plastovou hůlkou: tryska se tvoří na našich rtech a je širší než mýdlový film zavěšený uvnitř hůlky.

V roce 2018, jsme informovali o tom, jak matematici na Univerzitě v New Yorku je Aplikovaná Matematika, měl doladit metoda pro foukání perfektní bublina ještě dále na základě podobných experimentů s mýdlovou tenkých filmů. Dospěli k závěru, že je nejlepší použít kruhovou hůlku s obvodem 1,5 palce a jemně foukat konzistentním 6,9 cm/s. foukat při vyšších rychlostech a bublina praskne. Použijte menší nebo větší hůlku a stane se to samé.

ale co foukání gigantických bublin nebo dlouhých, tenkých mýdlových filmů, které mohou zahrnovat dva příběhy? Justin Burton, spoluautor nejnovější práce a fyzik na Emory University se specializací na dynamiku tekutin, poprvé zaujal toto téma na konferenci v Barceloně. Viděl pouliční umělce produkující obří bubliny o průměru hula hoop a tak dlouho jako auto.

zaujala ho zejména měnící se duha barev na povrchu bublin. Tento efekt je způsoben interferenčními vzory vytvořenými, když se světlo odráží od obou povrchů filmu. Pro Burtona to bylo také známkou toho, že tloušťka mýdla byla jen několik mikronů, zhruba ekvivalentní vlnové délce světla. Byl překvapen, že mýdlo film mohl zůstat nedotčená, když se protáhl tak tenký, do obří bubliny a začal dělat jeho vlastní experimenty, a to jak v laboratoři a jeho vlastním dvorku.

Zatímco studoval otevřený přístup Mýdlová Bublina Wiki, on si všiml, že většina z oblíbené recepty pro bubble řešení, součástí polymer—obvykle přírodní guar (společné zahušťování potravinářské přídatné látky) nebo lékařské mazivo (polyethylen glykol).

pomocí těchto receptů jako průvodce “ v podstatě jsme začali vytvářet bubliny a objevovat je a Zaznamenali jsme rychlost a dynamiku tohoto procesu,“ řekl Burton. „Zaměření na tekutinu v jejích nejnásilnějších okamžicích vám může hodně říci o její základní fyzice.“

hlavním cílem bylo zjistit, dokonalé proporce pro bublinkovou směs vyrábět obří bubliny: něco s trochu protáhnout, ale ne moc, kde tekutina proudí trochu, ale ne moc—jinými slovy, Zlatovláska bublina směsí.

Jako Lissie Connors píše na Fyziku Buzz:

Pro jejich experiment, vědci vytvořili různé směsi z vody, mýdlo, a dlouhé řetězce polymerů, aby se jejich bubliny. Bohužel, foukání bubliny 100 m3 je špatné využití laboratorního prostoru a poměrně obtížné přesně měřit, takže mýdlové filmy byly vytvořeny pomocí bavlněné šňůry a tloušťka byla měřena pomocí infračerveného světla. Kromě měření tloušťky sledovali také životnost každého filmu.

Burton a jeho tým k závěru, že to byl polymerních vláken, které byly klíčem k produkci obří bubliny, potvrzení kolektivního online moudrost. „Polymerní prameny se zamotají, něco jako vlasová koule, tvořící delší prameny, které se nechtějí rozpadat,“ řekl Burton. „Ve správné kombinaci, polymer umožňuje mýdlo film dosáhnout „sweet spot“, které je viskózní, ale i elastické—jen ne tak elastické, že se to roztrhne na kusy.“

tým také zjistil, že změnou délky polymerových vláken za následek pevnější mýdlo filmu. „Polymery různých velikostí se ještě více zamotávají než polymery jedné velikosti, což posiluje pružnost filmu,“ řekl Burton. „To je základní objev fyziky.“

na postranním panelu najdete Burtonův obří bublinový recept. Ale pozor: existují některé faktory, které nelze ovládat v reálném prostředí (na rozdíl od Burtonova laboratorního prostředí), jako je úroveň vlhkosti.

Doi: Physical Review Fluids, 2020. 10.1103 / PhysRevFluids.5.013304 (O DOIs).