mindenki szereti a buborékokat, kortól függetlenül—minél nagyobb, annál jobb. De ahhoz, hogy igazán nagy, világrekord-méretű buborékokat fújjon, nagyon pontos buborékkeverékre van szükség. A fizikusok megállapították, hogy a kulcsfontosságú összetevő különböző szálhosszúságú polimerekben keveredik, egy új papír szerint a Fizikai felülvizsgálati folyadékokban. Ez olyan szappanfóliát eredményez, amely elég vékony ahhoz, hogy óriási buborékot készítsen törés nélkül.

a buborékok komolytalannak tűnhetnek, de van néhány összetett mögöttes fizika, ezért tanulmányuk már régóta komoly tudomány. Az 1800-as években Joseph Plateau belga fizikus a felületi feszültség négy alapvető törvényét vázolta fel, amelyek meghatározzák a szappanos filmek szerkezetét. A felületi feszültség miatt a buborékok kerekek; ennek az alaknak a legkisebb felülete van egy adott térfogathoz, ezért a legkevesebb energiát kell fenntartania. Idővel ez a forma jobban fog kinézni, mint egy futball-labda, mint egy tökéletes gömb, mivel a gravitáció lefelé húzza a folyadékot (“durvulás”).

a buborékok és habok továbbra is aktív kutatási terület. Például 2016-ban a francia fizikusok kidolgoztak egy elméleti modellt a szappanbuborékok kialakulásának pontos mechanizmusára, amikor a levegő fúvókái szappanos filmbe ütköznek. Azt találták, hogy a buborékok csak egy bizonyos sebesség felett képződnek, ami viszont a levegő sugárának szélességétől függ. Ha a sugár széles, akkor alacsonyabb küszöbérték lesz a buborékok kialakítására, és ezek a buborékok nagyobbak lesznek, mint a keskenyebb fúvókák, amelyek nagyobb sebességküszöbökkel rendelkeznek. Ez történik, fizika-bölcs, amikor buborékokat fújunk egy kis műanyag pálcán keresztül: a sugár az ajkainkon alakul ki, szélesebb, mint a pálcában felfüggesztett szappanos film.

2018-ban arról számoltak be, hogy a New York-i Egyetem Alkalmazott Matematikai Laboratóriumának matematikusai finomították a tökéletes buborék fújásának módját, még tovább a szappanos vékony filmekkel végzett hasonló kísérletek alapján. Arra a következtetésre jutottak,hogy a legjobb, ha egy kör alakú pálca egy 1,5 hüvelykes kerülete, és óvatosan fújja a következetes 6,9 cm / s. fúj nagyobb sebességgel, és a buborék tört. Használjon kisebb vagy nagyobb pálcát, ugyanez fog történni.

de mi a helyzet a gigantikus buborékok vagy a hosszú, vékony szappanfilmek fújásával, amelyek két történetet ölelhetnek fel? Justin Burton, a legújabb tanulmány társszerzője és a folyadékdinamikára szakosodott Emory Egyetem fizikusa először egy barcelonai konferencián érdeklődött a téma iránt. Látta, hogy az utcai előadók óriási buborékokat készítenek egy hula karika átmérőjéről, amíg egy autó.

különösen érdekelte a buborékok felületén a színek változó szivárványa. Ez a hatás az interferencia-mintáknak köszönhető, amikor a fény visszaveri a film két felületét. Burton számára ez azt is jelezte, hogy a szappan vastagsága csak néhány mikron volt, nagyjából megegyezik a fény hullámhosszával. Meglepődött, hogy egy szappanfilm ép maradhat, ha olyan vékonyra feszül egy hatalmas buborékba, és saját kísérleteit kezdte el, mind a laborban, mind a saját kertjében.

a nyílt hozzáférésű szappanbuborék Wiki áttekintése során észrevette, hogy a buborékoldat kedvelt receptjeinek többsége tartalmaz egy polimert—általában természetes guar (egy közös sűrítő élelmiszer-adalékanyag) vagy egy orvosi kenőanyagot (polietilén-glikol).

a receptek útmutatóként való felhasználásával “alapvetően buborékokat kezdtünk el készíteni és kipukkasztani őket, és rögzítettük ennek a folyamatnak a sebességét és dinamikáját” – mondta Burton. “A folyadékra való összpontosítás a legerőszakosabb pillanatokban sokat mondhat neked a mögöttes fizikájáról.”

a végső cél az volt, hogy meghatározzuk a buborékkeverék tökéletes arányait gigantikus buborékok előállításához: valami egy kis szakaszon, de nem túl sokat, ahol a folyadék kicsit, de nem túl sokat áramlik—más szóval, a buborékkeverékek Aranygyűrűi.

ahogy Lisie Connors írja a Physics Buzz:

kísérletükhöz a kutatók különféle víz -, szappan-és hosszú láncú polimereket készítettek a buborékok készítéséhez. Sajnos a 100 m3-es buborék fújása a labortér gyenge kihasználása, és meglehetősen nehéz pontosan mérni, ezért a szappanfilmeket pamutszál segítségével hozták létre,a vastagságot pedig infravörös fény segítségével mérték. A vastagság mérése mellett nyomon követték az egyes filmek élettartamát is.

Burton és csapata arra a következtetésre jutott, hogy az óriásbuborékok előállításának kulcsa a polimer szálak voltak, megerősítve a kollektív online bölcsességet. “A polimer szálak összefonódnak, valami olyan, mint egy hajgolyó, hosszabb szálakat képeznek, amelyek nem akarnak szétszakadni” – mondta Burton. “A megfelelő kombinációban a polimer lehetővé teszi, hogy a szappanfilm elérje a viszkózus, de rugalmas “édes foltot” – csak nem annyira rugalmas, hogy szétszakad.”

a csapat azt is megállapította, hogy a polimer szálak hosszának változtatása keményebb szappanfóliát eredményezett. “A különböző méretű polimerek még inkább összefonódnak, mint az egyméretű polimerek, erősítve a film rugalmasságát” – mondta Burton. “Ez egy alapvető fizikai felfedezés.”

Burton óriás buborék receptje megtalálható az oldalsávban. De figyelmeztetni kell: vannak olyan tényezők, amelyeket nem lehet valós környezetben ellenőrizni (szemben Burton laboratóriumi környezetével), mint például a páratartalom.

DOI: Fizikai felülvizsgálat folyadékok, 2020. 10.1103 / PhysRevFluids.5.013304 (Körülbelül DOIs).