超大超完美泡泡背后的物理学

涨知识 老郝 来源:sciencealert 211浏览 0评论

适当的耐心加技巧,您可以吹出一个巨大的肥皂泡。表面积接近100平方米,可以装下整辆汽车。

延展到极致,气泡的薄壁开始像彩虹绚丽,这引出了一个问题:只有几微米厚,大致与光波长一样宽的东西如何存在而不会啪的一声,成为一刹的花火?

经过一年多的研究,埃默里大学的物理学家们找出了使完美气泡如此稳定的原因。

他们说,气泡混合物的完美配比可以稍加变动,使流体发生轻微流动,但不能流太多。

物理学家Justin Burton说:“我们制造制造泡泡,并记录下该过程的速度和动态信息。在流体相位变动最剧烈的时刻集中精力,可以探知很多潜在物理原理的信息。”

一次又一次,最完美的泡泡来自包含聚合物的水和肥皂溶液,这里的聚合物是一种长链多分子物质,通常用在润滑剂里。

Burton说,它们的长链纠缠在一起,在肥皂溶液中,聚合物可以像“毛线球”一样起作用,阻止薄膜破裂。

作者还发现,如果聚合物链的长度具有更大的变化余地,则气泡会更坚固。作者使用略微过期的润滑剂,其中分子链开始出现不同程度的降解。作者注意到,由它们制造的泡泡更加完美。

Burton解释说:“不同尺寸的聚合物比单一尺寸的聚合物更易缠结,从而增强了薄膜的弹性。这是一个基本的物理学发现。”

很难说谁更痴迷于肥皂泡:物理学家还是小孩子?几十年来,研究人员不断地吹出各种泡泡,以期弄清潜在的流体动力学极致。

例如,在极低的温度下,专家发现肥皂泡会变成微小的雪球,因为球体的各个部分冻结于不同的时间点。

像这样的研究甚至带领我们进入了引人入胜的反气泡领域——反气泡是由气体包围的液滴。

“流体动力学过程在视觉上很美,遍及我们星球上的每一个角落,从液滴和气泡的形成与破裂,到飞机的空气动力学以及全球海域中的大洋暗流。”

了解流体在基本水平上的运作方式,可以帮助我们改善运输石油的工业管道设计,或者使我们能够清除溪流和河流中的泡沫污染。在充满水的世界中,有无限的可能性。

“与所有基础研究一样,你必须遵循自己的直觉和本心。有时您的泡泡提前破裂,但在这种情况下,我们也会发现一些有趣的东西。”

团队的巨大肥皂泡生成配方:

将一个半茶匙的瓜尔粉,三汤匙酒精,混合在一起。再倒入940毫升的水,然后轻轻搅拌10分钟。

静置几分钟,使它们混合在一起,然后搅拌至粘稠。加入半茶匙发酵粉,加入三汤匙洗涤剂。混合时请小心,减少泡沫。用纤维材料制成一个大吹泡泡棒,然后去玩吧!

该研究发表在《 Physical Review Fluids》上。

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