toată lumea iubește bulele, indiferent de vârstă—cu cât este mai mare, cu atât mai bine. Dar pentru a arunca în aer bule foarte mari, la scară record mondial, este nevoie de un amestec de bule foarte precis. Fizicienii au stabilit că un ingredient cheie se amestecă în polimeri de lungimi diferite ale firelor, potrivit unei noi lucrări din Physical Review Fluids. Aceasta produce o peliculă de săpun capabilă să se întindă suficient de subțire pentru a face o bulă uriașă fără a se rupe.

bule poate părea frivol, dar există unele fizica care stau la baza complexe, și, prin urmare, studiul lor a fost mult timp știință serioasă. În anii 1800, fizicianul Belgian Joseph Plateau a subliniat patru legi de bază ale tensiunii superficiale care determină structura filmelor cu săpun. Tensiunea superficială este motivul pentru care bulele sunt rotunde; acea formă are cea mai mică suprafață pentru un anumit volum, deci necesită cea mai mică energie pentru a se menține. În timp, acea formă va începe să arate mai mult ca o minge de fotbal decât o sferă perfectă, pe măsură ce gravitația trage lichidul în jos („coarsening”).

bulele și spumele rămân un domeniu activ de cercetare. De exemplu, în 2016, fizicienii francezi au elaborat un model teoretic pentru mecanismul exact al modului în care se formează bulele de săpun atunci când jeturi de aer lovesc un film cu săpun. Ei au descoperit că bulele s-au format doar peste o anumită viteză, care la rândul său depinde de lățimea jetului de aer. Dacă jetul este larg, va exista un prag mai mic pentru formarea bulelor, iar acele bule vor fi mai mari decât cele produse de jeturi mai înguste, care au praguri de viteză mai mari. Asta se întâmplă, din punct de vedere fizic, când suflăm bule printr-o baghetă de plastic: jetul se formează la buzele noastre și este mai lat decât filmul cu săpun suspendat în baghetă.

în 2018, am raportat despre modul în care matematicienii de la laboratorul de Matematică Aplicată al Universității din New York au reglat metoda de suflare a bulei perfecte și mai mult pe baza unor experimente similare cu filme subțiri cu săpun. Ei au ajuns la concluzia că este mai bine să folosiți o baghetă circulară cu un perimetru de 1,5 inci și să suflați ușor la o consistență de 6,9 cm/s. suflați la viteze mai mari și bula va exploda. Utilizați o baghetă mai mică sau mai mare și același lucru se va întâmpla.

dar cum rămâne cu suflarea bulelor gigantice sau a filmelor lungi și subțiri de săpun care pot acoperi două povești? Justin Burton, coautor al celei mai recente lucrări și fizician la Universitatea Emory specializată în dinamica fluidelor, a fost intrigat pentru prima dată de subiect la o conferință din Barcelona. A văzut interpreți de stradă producând bule uriașe cu diametrul unui hula hoop și atâta timp cât o mașină.

el a fost deosebit de intrigat de schimbarea curcubeului de culori de pe suprafața bulelor. Acest efect se datorează modelelor de interferență create atunci când lumina se reflectă pe cele două suprafețe ale filmului. Pentru Burton, aceasta a fost, de asemenea, o indicație că grosimea săpunului era de doar câțiva microni, aproximativ echivalentă cu lungimea de undă a luminii. El a fost surprins de faptul că un film de săpun ar putea rămâne intact atunci când întins atât de subțire într-o bulă uriașă și a început să-și facă propriile experimente, atât în laborator, cât și în propria curte.

în timp ce perusing Acces Deschis bule de săpun Wiki, el a observat că cele mai multe dintre rețetele favorizate pentru soluție cu bule inclus un polimer—de obicei naturale guar (un aditiv alimentar îngroșare comun) sau un lubrifiant medical (polietilen glicol).

folosind aceste rețete ca ghid, „practic am început să facem bule și să le scoatem și am înregistrat viteza și dinamica acestui proces”, a spus Burton. „Concentrarea asupra unui fluid în momentele sale cele mai violente vă poate spune multe despre fizica sa de bază.”

scopul final a fost de a determina proporțiile perfecte pentru ca un amestec cu bule să producă bule gigantice: ceva cu un pic de întindere, dar nu prea mult, unde fluidul curge puțin, dar nu prea mult—cu alte cuvinte, Goldilocks de amestecuri cu bule.

după cum scrie Lissie Connors la Physics Buzz:

pentru experimentul lor, cercetătorii au creat diverse amestecuri de apă, săpun și polimeri cu lanț lung pentru a-și face bulele. Din păcate, suflarea unei bule de 100 m3 este o utilizare slabă a spațiului de laborator și destul de dificil de măsurat cu precizie, astfel încât filmele de săpun au fost create folosind un șir de bumbac, iar grosimea a fost măsurată folosind lumină infraroșie. Pe lângă măsurarea grosimii, au urmărit și durata de viață a fiecărui film.

Burton și echipa sa au ajuns la concluzia că firele polimerice au fost cheia producerii bulelor uriașe, confirmând înțelepciunea colectivă online. „Firele de polimer se încurcă, ceva de genul unei mingi de păr, formând fire mai lungi care nu vor să se despartă”, a spus Burton. „În combinația potrivită, un polimer permite unui film de săpun să ajungă la un „loc dulce” vâscos, dar și elastic—nu atât de elastic încât să se rupă.”

echipa a constatat, de asemenea, că variația lungimii firelor de polimer a dus la o peliculă de săpun mai robustă. „Polimerii de diferite dimensiuni devin și mai încurcați decât polimerii de dimensiuni unice, întărind elasticitatea filmului”, a spus Burton. „Aceasta este o descoperire fundamentală a fizicii.”

puteți găsi rețeta de bule gigant Burton în bara laterală. Dar trebuie avertizat: există unii factori care nu pot fi controlați într-un cadru din lumea reală (spre deosebire de mediul de laborator al lui Burton), cum ar fi nivelurile de umiditate.

DOI: fluide de revizuire fizică, 2020. 10.1103 / PhysRevFluids.5.013304 (Despre DOIs).