kaikki rakastavat kuplia iästä riippumatta—mitä suurempia sen parempi. Mutta todella isojen, maailmanennätyssuurten kuplien puhaltaminen vaatii hyvin tarkkaa kuplaseosta. Fyysikot ovat päätelleet, että eräs keskeinen ainesosa on sekoittuminen polymeereihin, joiden säikeiden pituus vaihtelee, Physical Review Fluids-julkaisussa ilmestyneen uuden paperin mukaan. Se tuottaa saippuafilmin, joka pystyy venymään riittävän ohueksi, jotta syntyy jättimäinen kupla rikkoutumatta.

kuplat voivat vaikuttaa kevytmielisiltä, mutta taustalla on jonkin verran monimutkaista fysiikkaa, ja siksi niiden tutkimus on jo pitkään ollut vakavaa tiedettä. Belgialainen fyysikko Joseph Plateau hahmotteli 1800-luvulla neljä pintajännityksen peruslakia, jotka määräävät saippuakalvojen rakenteen. Pintajännitys on miksi kuplat ovat pyöreitä; että muoto on vähiten pinta-alaa tietyn tilavuuden, Joten se vaatii vähiten energiaa ylläpitää. Ajan myötä tuo muoto alkaa näyttää enemmän jalkapallolta kuin täydelliseltä pallolta, kun painovoima vetää nestettä alaspäin (”coarsening”).

kuplat ja vaahdot ovat edelleen aktiivinen tutkimusalue. Esimerkiksi vuonna 2016 ranskalaiset fyysikot laativat teoreettisen mallin tarkasta mekanismista sille, miten saippuakuplat muodostuvat, kun ilmasuihkut osuvat saippuafilmiin. He havaitsivat, että kuplia muodostui vain tietyn nopeuden yläpuolella, mikä puolestaan riippuu ilmasuihkun leveydestä. Jos suihkukone on leveä, kuplien muodostamiselle on matalampi kynnys, ja kuplat ovat suurempia kuin kapeampien suihkujen tuottamat, joilla on korkeammat nopeusrajoitukset. Niin tapahtuu, kun puhallamme kuplia muovisauvan läpi.: jet muodostaa huulillamme ja on leveämpi kuin saippuakalvo, joka on ripustettu taikasauvan sisään.

vuonna 2018 kerroimme, kuinka New Yorkin yliopiston soveltavan matematiikan laboratorion matemaatikot olivat hienosäätäneet täydellisen kuplan puhaltamismenetelmää entisestään perustuen samankaltaisiin kokeisiin saippuaisilla ohutkalvoilla. He totesivat, että on parasta käyttää pyöreää sauvaa, jossa on 1,5 tuuman kehä ja puhaltaa varovasti johdonmukaisella 6,9 cm/s. puhalla suuremmilla nopeuksilla ja kupla puhkeaa. Käytä pienempää tai suurempaa taikasauvaa, ja sama tapahtuu.

mutta entä jättimäisten kuplien puhaltaminen tai pitkät, ohuet saippuafilmit, jotka voivat kattaa kaksi tarinaa? Justin Burton, co-tekijä uusimman paperin ja fyysikko Emory University erikoistunut fluid dynamics, ensimmäinen sai kiehtoi aihe konferenssissa Barcelonassa. Hän näki katuesiintyjien tuottavan jättikuplia, jotka olivat suunnilleen hulavanteen läpimittaisia ja auton pituisia.

häntä kiehtoi erityisesti kuplien pinnalla liikkuva värien sateenkaari. Tämä vaikutus johtuu interferenssikuvioista, jotka syntyvät valon heijastuessa kalvon kahdelta pinnalta. Burtonille tämä oli myös osoitus siitä, että saippuan paksuus oli vain muutamia mikroneja, mikä vastaa suunnilleen valon aallonpituutta. Hän yllättyi siitä, että saippuafilmi voi säilyä ehjänä, kun se venytetään niin ohueksi jättikuplaksi, ja alkoi tehdä omia kokeilujaan niin laboratoriossa kuin omalla takapihallaan.

tutkiessaan open access—saippuakupla-Wikiä hän huomasi, että useimmat suosimansa kuplaliuoksen reseptit sisälsivät polymeeriä-yleensä luonnollista Guaria (tavallista sakeuttavaa elintarvikelisäainetta) tai lääketieteellistä voiteluainetta (polyetyleeniglykolia).

käyttäen näitä reseptejä oppaana ”me periaatteessa aloimme tehdä kuplia ja poksauttaa niitä, ja kirjasimme muistiin tuon prosessin nopeuden ja dynamiikan”, Burton sanoi. ”Keskittyminen nesteeseen sen rajuimmilla hetkillä voi kertoa paljon sen taustalla olevasta fysiikasta.”

lopullisena tavoitteena oli määrittää täydelliset mittasuhteet kuplaseokselle, joka tuottaisi jättimäisiä kuplia: jotain, jossa on hieman venymistä, mutta ei liikaa, jossa neste virtaa vähän, mutta ei liikaa—toisin sanoen kuplaseosten Kultakutri.

kuten Lissie Connors kirjoittaa Physics Buzzissa:

tutkijat loivat kokeitaan varten erilaisia sekoituksia vedestä, saippuasta ja pitkäketjuisista polymeereistä kupliensa valmistamiseksi. Valitettavasti 100 m3: n kuplan puhaltaminen on huonoa laboratoriotilan käyttöä ja melko vaikea mitata tarkasti, joten saippuakalvot luotiin puuvillanarulla ja paksuus mitattiin infrapunavalolla. Paksuuden mittaamisen lisäksi he seurasivat myös kunkin kalvon käyttöikää.

Burton ryhmineen päätteli, että juuri polymeeriset säikeet olivat avain jättiläiskuplien tuottamiseen, mikä vahvisti kollektiivista verkkoviisautta. ”Polymeerisäikeet sotkeutuvat toisiinsa, ikään kuin karvapallo, muodostaen pidempiä säikeitä, jotka eivät halua hajota”, Burton sanoi. ”Oikeassa yhdistelmässä polymeeri mahdollistaa saippuafilmin pääsyn’ makeaan kohtaan’, joka on viskoosi mutta myös venyvä—ei vain niin venyvä, että se repeäisi.”

ryhmä havaitsi myös, että polymeerisäikeiden pituuden vaihtelu johti tukevampaan saippuakalvoon. ”Erikokoiset polymeerit sotkeutuvat vielä enemmän yhteen kuin yksikokoiset polymeerit, mikä vahvistaa kalvon elastisuutta”, Burton sanoi. ”Se on perustavanlaatuinen fysiikan löytö.”

Burtonin jättikuplareseptin löydät sivupalkista. Mutta on varoitettava: on olemassa joitakin tekijöitä, joita ei voida hallita reaalimaailman ympäristössä (toisin kuin Burtonin laboratorio ympäristössä), kuten kosteus tasot.

doi: Physical Review Fluids, 2020. 10.1103 / Physrevfluidit.5.013304 (Tietoja DOIs: Sta).