Was ist die Physik hinter einer Seifenblase?

Eine Blase wird, solange sie noch existiert, durch drei Faktoren ausgeglichen:
1) Oberflächenspannung des Seifenwassers.
2) Innendruck , der von der Luft in der Blase auf der Oberfläche ausgeübt wird.
3) Atmosphärendruck.

Wenn eine davon unausgeglichen ist, ist eine Kraft größer als die andere und dies führt dazu, dass die Blase platzt.

Wenn Sie darüber sprechen, warum platzen sie in der Praxis? Nun, die Oberfläche der Blase besteht aus Seifenwasser. Seife ist leichter als Wasser. Wenn Sie also eine Blase erzeugen, wird das Wasser aufgrund der Schwerkraft zum Boden der Blase gezogen und drückt die Seife nach oben. Die Oberflächenspannung von Wasser ist höher als die von Seife, daher wird der obere Teil der Blase schwächer, da sich oben mehr Seife konzentriert. Bald wird der Innendruck ausreichen, um die Blase zu zerbrechen und zum Platzen zu bringen.

Ein weiterer Grund ist, dass das Wasser verdampft und eine konzentrierte Seifenlösung zurückbleibt, die – wie oben erwähnt – vorhanden ist eine niedrigere Oberflächenspannung.

Eine Blase verhält sich immer nach den Prinzipien der „Blasendynamik“. Diese werden durch die Rayleigh-Plesset-Gleichung geregelt. Wie von @mikhailcazi beschrieben;

Eine Blase wird, solange sie noch existiert, durch drei Faktoren ausgeglichen:

1) Oberflächenspannung des Seifenwassers.

2) Innendruck, den die Luft in der Blase auf der Oberfläche ausübt.

3) Atmosphärendruck.

Die 3 Drücke sind ein wesentlicher Bestandteil des Verhaltens der Blase. Die Blase platzt jedoch nicht sofort, wenn der Innendruck zunimmt ( Brennen erklärt dies hervorragend). Es gibt Phänomene wie Blasenwachstum und -kollaps Schauen Sie sich das an, wenn Sie die Seifenblase im Detail untersuchen und für dasselbe den Lagrange-Ansatz verwenden möchten. Einige Annahmen für die Rayleigh-Plesset-Gleichung, an die Sie sich erinnern müssen:

1. Blase Es wird angenommen, dass es während seiner gesamten Lebensdauer kugelförmig ist.
2. Der Stoffübergang durch die Blasenwand wird als vernachlässigbar angesehen. Es gibt viele andere Aspekte der Wärmeübertragung, die jedoch für den einfachen Seifenblasenfall ausreichen, den Sie benötigen.

Und um Ihre Frage zu beantworten:

Welcher fluiddynamische Prozess tritt beim Platzen einer Seifenblase auf?

Grundsätzlich sind es die Druckschwankungen, die innerhalb der Blase aufgrund der äußeren (Umgebungs-) Druckschwankungen auftreten. Die Oberflächenspannungskraft passt sich an durch die Änderung des Radius, die aufgrund der Expansion / Kontraktion der Blase auftritt; und gleicht den Druck aus, bis der Seifenfilm zu dünn wird.

Kommentare

• Gute Antwort. Nur ein kleiner Kommentar: Eine Blase ' verhält sich nicht immer gemäß der Rayleigh-Plesset-Gleichung. Dies ist nur möglich, wenn die Hauptannahme dieser Gleichung gilt, dh wenn die Blase kugelförmig ist. Für kleine, nicht begrenzte Blasen ist dies eine faire Annahme, aber für größere Blasen oder bei nahegelegenen Wänden bricht sie zusammen.
• @Michiel; Ja, ich muss ' vergessen haben, die sehr wichtige Annahme in die Rayleigh-Plesset-Gleichung aufzunehmen. Ich werde diese auch hinzufügen.

Frage Nummer 1: Eine Seifenblase ist schwarz, wenn sie platzt. Warum?

Antwort: Wenn eine Seifenblase platzt, sieht sie aufgrund zerstörerischer Interferenzen schwarz aus. Wenn eine Blase platzt,

1. wird ihre Dicke vernachlässigbar, d. H. Dicke ≈ 0 und
2. Die Bedingung für destruktive Interferenz ist erfüllt. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Wobei $ n $ der Brechungsindex von Wasser ist, $ m $ die Ordnung eines dunklen Randes ist, $ \ lambda $ die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist und $ t $ die ist Dicke der Filme. Wenn also $ t = 0 $ und $ m = 0 $ ist, erhalten wir aufgrund destruktiver Interferenz den dunklen Rand erster Ordnung. Daher verhält sich eine Seifenblase wie ein dünner Film, und wenn sie platzt, sieht sie aufgrund destruktiver Interferenzen schwarz aus.

Kommentare

• Dies ist der Anfang einer Antwort, aber absolut unvollständig.

Wenn Sie auf Zeitlupe schauen, werden Sie feststellen, dass das Platzen einer Seifenblase eine Art ist Bei der Kettenreaktion würde ich vermuten, dass das Blasensystem möglicherweise nicht in der Lage ist, einen niedrigeren Energiezustand zu erreichen, indem Energie in die Umgebung freigesetzt wird. Eine Reaktion führt also zu einer geringen Energiefreisetzung, die jedoch mehr Kettenfreisetzungen als Kettenprozess ermöglicht. dann kollabiert das Blasensystem normalerweise.