alle elsker bobler, uanset alder—jo større jo bedre. Men for at blæse virkelig store, verdensrekordskala bobler kræver en meget præcis bobleblanding. Fysikere har fastslået, at en nøgleingrediens blandes i polymerer af varierende strenglængder, ifølge et nyt papir i fysiske Gennemgangsvæsker. Det producerer en sæbefilm, der er i stand til at strække sig tilstrækkeligt tynd til at lave en kæmpe boble uden at bryde.

bobler kan virke lunken, men der er en kompleks underliggende fysik, og derfor har deres undersøgelse længe været seriøs videnskab. I 1800 ‘ erne skitserede den belgiske fysiker Joseph Plateau fire grundlæggende love for overfladespænding, der bestemmer strukturen af sæbevandfilm. Overfladespænding er grunden til, at bobler er runde; denne form har det mindste overfladeareal for et givet volumen, så det kræver mindst energi at vedligeholde. Over tid vil denne form begynde at se mere ud som en fodbold end en perfekt kugle, da tyngdekraften trækker væsken nedad (“grovdannelse”).

bobler og skum forbliver et aktivt forskningsområde. For eksempel udarbejdede franske fysikere i 2016 en teoretisk model for den nøjagtige mekanisme for, hvordan sæbebobler dannes, når luftstråler rammer en sæbefilm. De fandt ud af, at bobler kun dannede sig over en bestemt hastighed, hvilket igen afhænger af bredden af luftstrålen. Hvis strålen er bred, vil der være en lavere tærskel for dannelse af bobler, og disse bobler vil være større end dem, der produceres af smalere stråler, som har højere hastighedstærskler. Det er hvad der sker, fysikmæssigt, når vi blæser bobler gennem en lille plaststav: strålen dannes ved vores læber og er bredere end sæbefilmen, der er ophængt i staven.

i 2018 rapporterede vi om, hvordan matematikere ved University ‘ s Applied Math Lab havde finjusteret metoden til at blæse den perfekte boble endnu mere baseret på lignende eksperimenter med sæbevand tynde film. De konkluderede, at det er bedst at bruge en cirkulær stav med en 1,5-tommers omkreds og blæse forsigtigt med en ensartet 6,9 cm/s. blæs ved højere hastigheder, og boblen brister. Brug en mindre eller større stav, og det samme vil ske.

men hvad med at blæse gigantiske bobler eller lange, tynde sæbefilm, der kan spænde over to historier? Justin Burton, medforfatter af det nyeste papir og fysiker ved Emory University med speciale i væskedynamik, blev først fascineret af emnet på en konference i Barcelona. Han så gadekunstnere producere kæmpe bobler omkring diameteren af en hula hoop og så længe som en bil.

Han var især fascineret af den skiftende regnbue af farver på boblernes overflade. Denne effekt skyldes interferensmønstre, der oprettes, når lyset reflekteres fra filmens to overflader. For Burton var dette også en indikation af, at sæbens tykkelse kun var et par mikron, omtrent svarende til lysets bølgelængde. Han var overrasket over, at en sæbefilm kunne forblive intakt, når den blev strakt så tynd ind i en kæmpe boble og begyndte at lave sine egne eksperimenter, både i laboratoriet og i sin egen baghave.Han bemærkede, at de fleste af de foretrukne opskrifter til bobleopløsning indeholdt en polymer-normalt naturlig guar (et almindeligt fortykningsadditiv til fødevarer) eller et medicinsk smøremiddel (polyethylenglycol).

brug af disse opskrifter som vejledning, “Vi begyndte dybest set at lave bobler og poppe dem og registrerede hastigheden og dynamikken i den proces,” sagde Burton. “At fokusere på en væske på sine mest voldelige øjeblikke kan fortælle dig meget om dens underliggende fysik.”

det ultimative mål var at bestemme de perfekte proportioner for en bobleblanding til at producere gigantiske bobler: noget med lidt strækning, men ikke for meget, hvor væsken flyder lidt, men ikke for meget—med andre ord Guldlok af bobleblandinger.

som Lissie Connors skriver på fysik brummer:

til deres eksperiment skabte forskerne forskellige blandinger af vand, sæbe og langkædede polymerer for at gøre deres bobler. Desværre er blæsning af en 100 m3 boble en dårlig brug af laboratorieplads og ganske vanskeligt at måle nøjagtigt, så sæbefilmene blev oprettet ved hjælp af en bomuldsstreng, og tykkelsen blev målt ved hjælp af infrarødt lys. Ud over at måle tykkelsen spores de også levetiden for hver film.

Burton og hans team konkluderede, at det var de polymere tråde, der var nøglen til at producere gigantiske bobler, der bekræftede den kollektive online visdom. “Polymerstrengene bliver sammenfiltrede, noget som en hårbold, der danner længere tråde, der ikke ønsker at bryde fra hinanden,” sagde Burton. “I den rigtige kombination giver en polymer en sæbefilm mulighed for at nå et “sødt sted”, der er tyktflydende, men også elastisk—bare ikke så elastisk, at den rives fra hinanden.”

holdet fandt også, at varierende længden af polymerstrengene resulterede i en mere robust sæbefilm. “Polymerer i forskellige størrelser bliver endnu mere sammenfiltrede end polymerer i enkelt størrelse, hvilket styrker filmens elasticitet,” sagde Burton. “Det er en grundlæggende fysik opdagelse.”

Du kan finde Burtons kæmpe bobleopskrift i sidebjælken. Men vær opmærksom: der er nogle faktorer, der ikke kan styres i en virkelig verden (i modsætning til Burtons laboratoriemiljø), som fugtighedsniveauer.

DOI: fysiske Gennemgangsvæsker, 2020. 10.1103 / Physrevfluider.5.013304 (Om DOIs).