¿Cuál es la física detrás de una pompa de jabón?

Una burbuja, mientras aún existe, se equilibra con tres factores:
1) Tensión superficial del agua jabonosa.
2) Presión interna aplicada por el aire dentro de la burbuja en la superficie.
3) Presión atmosférica.

Cuando alguno de estos está desequilibrado, una fuerza es mayor que las otras y esto hace que la burbuja explote.

Si estás hablando de por qué estallan en la práctica? Bueno, la superficie de la burbuja está hecha de agua jabonosa. El jabón es más liviano que el agua, por lo que cuando crea una burbuja, el agua se tira hacia la parte inferior de la burbuja, empujando el jabón hacia arriba, debido a la gravedad. La tensión superficial del agua es más alta que la del jabón, por lo que la parte superior de la burbuja se debilita a medida que se concentra más jabón en la parte superior. Pronto, la presión interna será suficiente para romper la burbuja, provocando que estalle.

Otra razón es que el agua se evapora, dejándola con una solución de jabón más concentrada que, como se mencionó anteriormente, tiene una tensión superficial más baja.

Una burbuja siempre se comporta según los principios de la «dinámica de la burbuja». Estos se rigen por la ecuación de Rayleigh-Plesset . Como lo describe @mikhailcazi;

Una burbuja, mientras aún existe, se equilibra con tres factores:

1) Tensión superficial del agua jabonosa.

2) Presión interna aplicada por el aire dentro de la burbuja en la superficie.

3) Presión atmosférica.

las 3 presiones son parte integral del comportamiento de la burbuja. Sin embargo, la burbuja no explota inmediatamente cuando aumentan las presiones internas ( Brennen explica esto de manera excelente). También hay fenómenos como el crecimiento y el colapso de las burbujas. Mire eso si está estudiando la burbuja de jabón en detalle y desea utilizar el enfoque lagrangiano para el mismo. Algunas suposiciones para la ecuación de Rayleigh-Plesset que debe recordar:

1. Burbuja se asume que es esférica durante toda su vida
2. Se asume que la transferencia de masa a través de la pared de la burbuja es insignificante. Hay muchas otras sobre transferencia de calor, pero estas serán suficientes para el simple estuche de pompas de jabón que necesita. >

Y para responder a su pregunta;

¿Qué proceso dinámico fluido ocurre durante el estallido de una pompa de jabón?

Son básicamente las variaciones de presión que se producen dentro de la burbuja debido a las variaciones de presión externa (ambiente). La fuerza de tensión superficial se ajusta por el cambio de radio que se produce debido a la expansión / contracción de la burbuja; y equilibra las presiones hasta que la película de jabón se vuelve demasiado delgada.

Comentarios

• Buena respuesta. Solo un pequeño comentario: una burbuja no ' t siempre se comporta de acuerdo con la ecuación de Rayleigh-Plesset. Solo lo hará si se cumple el supuesto principal de esta ecuación, que es en el caso de que la burbuja sea esférica. Para burbujas pequeñas y no confinadas, esta es una suposición justa, pero para burbujas más grandes o en el caso de paredes cercanas se romperá.
• @Michiel; sí, debo ' haber olvidado agregar la muy importante suposición en la ecuación de Rayleigh-Plesset. También agregaré estos.

Pregunta número 1: Una pompa de jabón es negra cuando estalla, ¿Por qué?

Respuesta: Cuando una burbuja de jabón explota, se ve negra debido a una interferencia destructiva. Cuando una burbuja estalla,

1. Su espesor se vuelve insignificante, es decir, espesor ≈ 0, y
2. Se cumple la condición de interferencia destructiva. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Donde $ n $ es el índice de refracción del agua, $ m $ es el orden de una franja oscura, $ \ lambda $ es la longitud de onda de la luz utilizada y $ t $ es la espesor de las películas. Así, cuando $ t = 0 $ y $ m = 0 $ obtenemos la franja oscura de primer orden debido a la interferencia destructiva. Por lo tanto, una pompa de jabón se comporta como una película delgada y cuando estalla, se ve negra debido a la interferencia destructiva.

Comentarios

• Esto es el comienzo de una respuesta, pero lamentablemente está incompleta.

Si miras a cámara lenta, verás que el estallido de una pompa de jabón es una especie de de reacción en cadena, supongo que es posible que el sistema de burbujas no pueda alcanzar un estado de energía más bajo liberando energía al medio ambiente. por lo que una reacción da como resultado una pequeña liberación de energía pero dando paso a más liberaciones de energía como proceso en cadena. entonces, el sistema de burbujas normalmente colapsará.