Jeder liebt Blasen, unabhängig vom Alter — je größer desto besser. Aber um wirklich große Blasen im Weltrekordmaßstab zu blasen, ist eine sehr präzise Blasenmischung erforderlich. Physiker haben festgestellt, dass ein wichtiger Bestandteil ist das Mischen in Polymeren unterschiedlicher Stranglängen, nach einem neuen Papier in Physical Review Fluids. Dadurch entsteht ein Seifenfilm, der sich ausreichend dünn dehnen kann, um eine riesige Blase zu bilden, ohne zu brechen.

Blasen mögen frivol erscheinen, aber es gibt eine komplexe zugrunde liegende Physik, und daher ist ihr Studium seit langem eine ernsthafte Wissenschaft. In den 1800er Jahren skizzierte der belgische Physiker Joseph Plateau vier grundlegende Gesetze der Oberflächenspannung, die die Struktur von Seifenfilmen bestimmen. Diese Form hat die geringste Oberfläche für ein bestimmtes Volumen und erfordert daher die geringste Energie, um sie aufrechtzuerhalten. Im Laufe der Zeit wird diese Form eher wie ein Fußball als wie eine perfekte Kugel aussehen, da die Schwerkraft die Flüssigkeit nach unten zieht („Vergröberung“).

Blasen und Schäume bleiben ein aktives Forschungsgebiet. So erarbeiteten französische Physiker 2016 ein theoretisches Modell für den genauen Mechanismus, wie sich Seifenblasen bilden, wenn Luftstrahlen auf einen Seifenfilm treffen. Sie fanden heraus, dass sich Blasen erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit bilden, die wiederum von der Breite des Luftstrahls abhängt. Wenn der Strahl breit ist, gibt es eine niedrigere Schwelle für die Blasenbildung, und diese Blasen sind größer als die von schmaleren Strahlen erzeugten, die höhere Geschwindigkeitsschwellen aufweisen. Das passiert physikalisch, wenn wir Blasen durch einen kleinen Plastikstab blasen: der Strahl bildet sich an unseren Lippen und ist breiter als der im Zauberstab schwebende Seifenfilm.

Im Jahr 2018 berichteten wir darüber, wie Mathematiker am Applied Math Lab der New York University die Methode zum Blasen der perfekten Blase basierend auf ähnlichen Experimenten mit seifigen Dünnfilmen noch weiter verfeinert hatten. Sie kamen zu dem Schluss, dass es am besten ist, einen kreisförmigen Zauberstab mit einem Umfang von 1,5 Zoll zu verwenden und vorsichtig mit einer konstanten Geschwindigkeit von 6,9 cm / s zu blasen. Verwenden Sie einen kleineren oder größeren Zauberstab, und das Gleiche wird passieren.

Aber was ist mit gigantischen Blasen oder langen, dünnen Seifenfilmen, die sich über zwei Stockwerke erstrecken können? Justin Burton, Co-Autor des neuesten Papiers und Physiker an der Emory University, spezialisiert auf Fluiddynamik, wurde zuerst von dem Thema auf einer Konferenz in Barcelona fasziniert. Er sah Straßenkünstler, die riesige Blasen mit dem Durchmesser eines Hula-Hoop-Reifens und der Länge eines Autos produzierten.

Er war besonders fasziniert von dem wechselnden Regenbogen der Farben auf der Oberfläche der Blasen. Dieser Effekt ist auf Interferenzmuster zurückzuführen, die entstehen, wenn Licht von den beiden Oberflächen des Films reflektiert wird. Für Burton war dies auch ein Hinweis darauf, dass die Dicke der Seife nur wenige Mikrometer betrug, was ungefähr der Wellenlänge des Lichts entsprach. Er war überrascht, dass ein Seifenfilm intakt bleiben konnte, wenn er so dünn zu einer riesigen Blase gedehnt wurde, und begann, seine eigenen Experimente durchzuführen, sowohl im Labor als auch in seinem eigenen Garten.

Beim Durchlesen des Open—Access-Seifenblasen-Wikis bemerkte er, dass die meisten der bevorzugten Rezepte für Blasenlösung ein Polymer enthielten – normalerweise natürliches Guar (ein üblicher verdickender Lebensmittelzusatzstoff) oder ein medizinisches Schmiermittel (Polyethylenglykol).Mit diesen Rezepten als Leitfaden „haben wir im Grunde angefangen, Blasen zu machen und sie zu knallen, und die Geschwindigkeit und Dynamik dieses Prozesses aufgezeichnet“, sagte Burton. „Die Konzentration auf eine Flüssigkeit in ihren heftigsten Momenten kann viel über die zugrunde liegende Physik aussagen.“Das ultimative Ziel war es, die perfekten Proportionen für eine Blasenmischung zu bestimmen, um gigantische Blasen zu erzeugen: etwas mit etwas Dehnung, aber nicht zu viel, wo die Flüssigkeit ein wenig, aber nicht zu viel fließt — mit anderen Worten, die Goldlöckchen von Blasenmischungen.

Wie Lissie Connors bei Physics Buzz schreibt:

Für ihr Experiment schufen die Forscher verschiedene Mischungen aus Wasser, Seife und langkettigen Polymeren, um ihre Blasen herzustellen. Leider ist das Blasen einer 100 m3 -Blase eine schlechte Nutzung des Laborraums und ziemlich schwierig genau zu messen, so dass die Seifenfilme mit einer Baumwollschnur erzeugt wurden und die Dicke mit Infrarotlicht gemessen wurde. Neben der Messung der Dicke verfolgten sie auch die Lebensdauer jeder Folie.

Burton und sein Team kamen zu dem Schluss, dass die Polymerstränge der Schlüssel zur Herstellung riesiger Blasen waren, was die kollektive Online-Weisheit bestätigte. „Die Polymerstränge verheddern sich, so etwas wie ein Haarball, und bilden längere Strähnen, die nicht auseinanderbrechen wollen“, sagte Burton. „In der richtigen Kombination ermöglicht ein Polymer einem Seifenfilm, einen“Sweet Spot“zu erreichen, der viskos, aber auch dehnbar ist — nur nicht so dehnbar, dass er auseinanderreißt.“

Das Team fand auch heraus, dass die Variation der Länge der Polymerstränge zu einem stabileren Seifenfilm führte. „Polymere unterschiedlicher Größe verwickeln sich noch stärker als Polymere einzelner Größe und verstärken die Elastizität des Films“, sagte Burton. „Das ist eine fundamentale Entdeckung der Physik.“

Burtons Rezept für Riesenblasen finden Sie in der Seitenleiste. Aber seien Sie gewarnt: Es gibt einige Faktoren, die in einer realen Umgebung (im Gegensatz zu Burtons Laborumgebung) nicht kontrolliert werden können, wie z. B. die Luftfeuchtigkeit.

DOI: Physikalische Überprüfung Flüssigkeiten, 2020. 10.1103/PhysRevFluids.5.013304 (Über DOIs).