誰もが年齢に関係なく、泡を愛しています—大きい方が良いです。 しかし、本当に大きな、世界記録規模の泡を吹くためには、非常に正確な泡の混合物が必要です。 Physical Review Fluidsの新しい論文によると、物理学者は、重要な成分は様々な鎖長のポリマーを混合することであると判断しました。 それは壊れないで巨大な泡を作るために十分に薄く伸びることできる石鹸のフィルムを作り出します。

泡は軽薄に見えるかもしれませんが、いくつかの複雑な基礎となる物理学があり、したがって、彼らの研究は長い間深刻な科学となっています。 1800年代、ベルギーの物理学者ジョゼフ-プラトーは、石鹸膜の構造を決定する表面張力の四つの基本法則を概説した。 表面張力は、気泡が丸い理由です;その形状は、与えられた体積のための最小の表面積を有するので、維持するために最小のエネルギーを必要とします。 時間が経つにつれて、重力が液体を下方に引っ張ると、その形状は完全な球よりもサッカーボールのように見え始めます（”粗くなる”）。

気泡やフォームは、研究のアクティブな領域のまま。 例えば、2016では、フランスの物理学者は、空気のジェットが石鹸のフィルムに当たったときに石鹸の泡がどのように形成されるかの正確なメカニズムの理論モデルを研究しました。 彼らは、気泡が一定の速度を超えて形成され、それが空気の噴流の幅に依存することを見出した。 ジェットが広い場合、気泡を形成するための閾値が低くなり、それらの気泡は、より高い速度閾値を有するより狭い噴流によって生成されるものよ それは私たちが小さなプラスチックの杖を通して泡を吹くとき、物理学的に、何が起こっているかです: ジェットは私たちの唇に形成され、杖の中に吊り下げられた石鹸フィルムよりも広い。

2018では、ニューヨーク大学のApplied Math Labの数学者が、石鹸薄膜を用いた同様の実験に基づいて、完全な泡をさらに吹き付ける方法を微調整したことを報 彼らは、1.5インチの周囲を持つ円形の杖を使用し、一貫した6.9cm/sで静かに吹くのが最善であると結論づけました。 より小さいまたはより大きい杖を使用すると、同じことが起こります。

しかし、巨大な泡や二つの物語にまたがることができます長く、薄い石鹸フィルムを吹いてはどうですか？ 最新の論文の共著者であり、流体力学を専門とするエモリー大学の物理学者であるJustin Burtonは、バルセロナでの会議でこの話題に最初に興味をそそられました。 彼は大道芸人がフラフープの直径と車のように長い巨大な泡を作り出すのを見ました。

彼は特に、泡の表面に色の虹が変化することに興味をそそられました。 この効果は、光がフィルムの2つの表面から反射するときに生成される干渉パターンによるものです。 バートンにとって、これは石鹸の厚さがわずか数ミクロンであり、光の波長とほぼ同等であることを示していました。 彼は石鹸フィルムが巨大な泡にとても薄く伸ばされ、実験室および彼自身の裏庭の両方で彼自身の実験を、し始めたときそのまま残ることができる

オープンアクセスのシャボン玉Wikiを熟読している間、彼は泡溶液のための好まれたレシピのほとんどがポリマー—通常は天然グアー（一般的な肥厚性食品添加物）または医療用潤滑剤（ポリエチレングリコール）を含んでいることに気づいた。

これらのレシピをガイドとして使用して、”私たちは基本的に泡を作り始め、そのプロセスのスピードとダイナミクスを記録しました”とBurtonは言いま 「最も暴力的な瞬間に流体に焦点を当てることは、その基礎となる物理学について多くのことを伝えることができます。”

究極の目標は、巨大な泡を生成するための泡の混合物のための完璧な割合を決定することでした：流体が少し流れるが、あまりにも多くのものではなく、少し流れるものではなく、あまりにも多くのもの—言い換えれば、泡の混合物のゴルディロックス。Lissie ConnorsがPhysics Buzzで書いているように：

彼らの実験のために、研究者は泡を作るために水、石鹸、長鎖ポリマーの様々な混合物を作成しました。 残念ながら、100m3の泡を吹くことは実験室スペースの貧弱な使用であり、正確に測定することは非常に困難であるため、石鹸フィルムは綿の紐を使用して作成され、厚さは赤外光を使用して測定された。 厚さの測定に加えて、彼らはまた、各フィルムの寿命を追跡しました。

Burtonと彼のチームは、巨大な泡を作り出す鍵となるのは高分子鎖であると結論づけ、集団的なオンライン知恵を確認しました。 「ポリマーストランドは、毛玉のようなものが絡み合って、壊れたくない長いストランドを形成します」とBurton氏は述べています。 “適切な組み合わせでは、ポリマーは、石鹸フィルムが粘性であるが伸縮性がある”スイートスポット”に到達することを可能にします。”

チームはまた、ポリマーストランドの長さを変えると、より丈夫な石鹸フィルムが得られることを発見しました。 「異なるサイズのポリマーは、単一サイズのポリマーよりもさらに絡み合い、フィルムの弾力性を強化します」とBurton氏は述べています。 “それは基本的な物理学の発見です。”

あなたはサイドバーにバートンの巨大なバブルのレシピを見つけることができます。 しかし、事前に注意してください：湿度レベルのように、（バートンの実験室環境とは対照的に）現実世界の設定で制御できないいくつかの要因があります。

DOI：フィジカルレビュー流体、2020。 10.1103/5.013304(DOIsについて).