Hvad er fysikken bag en sæbeboble?

En boble, mens den stadig eksisterer, afbalanceres af tre faktorer:
1) Overfladespænding af sæbevand.
2) Internt tryk påført af luften inde i boblen på overfladen.
3) Atmosfærisk tryk.

Når nogen af disse er i ubalance, er en kraft større end de andre, og dette får boblen til at springe op.

Hvis du taler om, hvorfor brister de i praksis? Nå, boblens overflade er lavet af sæbevand. Sæbe er lettere end vand, så når du opretter en boble, trækkes vandet mod bunden af boblen – skubber sæben opad – på grund af tyngdekraften. Overfladespænding for vand er højere end for sæbe, så den øverste del af boblen bliver svagere, da mere sæbe er koncentreret øverst. Snart vil det indre tryk være tilstrækkeligt til at bryde boblen og få den til at sprænge.

En anden grund er, at vandet fordampes og efterlader det med en mere koncentreret sæbeopløsning, som – som nævnt ovenfor – har en lavere overfladespænding.

En boble opfører sig altid efter principperne for “Bubble dynamics”. Disse styres af Rayleigh-Plesset ligning . Som beskrevet af @mikhailcazi;

En boble, mens den stadig eksisterer, afbalanceres af tre faktorer:

1) Overfladespænding af sæbevand.

2) Internt tryk påført af luften inde i boblen på overfladen.

3) Atmosfærisk tryk.

de 3 tryk er integreret i boblens opførsel. Alligevel springer boblen ikke op med det samme, når det interne tryk stiger ( Brennen forklarer dette fremragende). Der er fænomener som boblevækst og sammenbrud også. se på det, hvis du studerer sæbeboblen i detaljer og ønsker at bruge den Lagrangiske tilgang til det samme. Nogle antagelser for Rayleigh-Plesset-ligningen, som du skal huske:

1. Bubble antages at være sfærisk gennem hele dets levetid
2. Massetransfer gennem boblevæggen antages at være ubetydelige. Der er mange andre om varmeoverførsel, men disse er tilstrækkelige til den enkle sæbebobletaske, du har brug for.

Og for at besvare dit spørgsmål;

Hvilken væskedynamisk proces opstår under poppet af en sæbeboble?

Det er dybest set de trykvariationer, der opstår inde i boblen på grund af de eksterne (omgivende) trykvariationer. Overfladespændingskraften justeres ved den ændring i radius, der opstår på grund af ekspansion / sammentrækning af boblen; og afbalancerer trykket, indtil sæbefilmen bliver for tynd.

Kommentarer

• Godt svar. Bare en lille kommentar: En boble opfører sig ikke altid ' i henhold til Rayleigh-Plesset-ligningen. Det gør det kun, hvis hovedantagelsen for denne ligning holder, hvilket er i tilfælde af, at boblen er sfærisk. For små, ikke-begrænsede bobler er dette en rimelig antagelse, men for større bobler eller i tilfælde af nærliggende vægge bryder den ned.
• @Michiel; ja, jeg må ' har glemt at tilføje den meget vigtige antagelse i Rayleigh-Plesset-ekvationen. Jeg vil også tilføje disse.

Spørgsmål nummer 1: En sæbeboble er sort, når den sprænger, hvorfor?

Svar: Når en sæbeboble brister, ser den sort ud på grund af destruktiv interferens. Når en boble sprænges,

1. Dens tykkelse bliver ubetydelig, dvs. tykkelse ≈ 0, og
2. Betingelsen for destruktiv interferens er opfyldt. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Hvor $ n $ er brydningsindekset for vand, $ m $ er rækkefølgen af en mørk kant, $ \ lambda $ er den anvendte lysbølgelængde og $ t $ er den tykkelsen af filmene. Således når $ t = 0 $ og $ m = 0 $ får vi den første ordres mørke frynser på grund af destruktiv interferens. Derfor opfører en sæbeboble sig som en tynd film, og når den brister, ser den sort ud på grund af destruktiv interferens.

Kommentarer

• Dette er begyndelsen på et svar, men er sørgeligt ufuldstændigt.

Hvis du ser til Slow-Motion, vil du finde, at en sæbeboble er en slags af kædereaktion, vil jeg gætte på, at boblesystemet muligvis ikke kan nå en lavere energitilstand ved at frigive energi til miljøet. så en reaktion resulterer i en lille energifrigivelse, men giver plads til flere energiudgivelser som en kædeproces. så kollapser boblesystemet typisk.