Qual è la fisica dietro una bolla di sapone?

Una bolla, mentre esiste ancora, è bilanciata da tre fattori:
1) Tensione superficiale dellacqua saponosa.
2) Pressione interna applicata dallaria allinterno della bolla sulla superficie.
3) Pressione atmosferica.

Quando qualcuno di questi è sbilanciato, una forza è maggiore delle altre e questo fa scoppiare la bolla.

Se stai parlando del perché scoppiano in pratica? Ebbene, la superficie della bolla è fatta di acqua saponosa. Il sapone è più leggero dellacqua, quindi quando crei una bolla, lacqua viene tirata verso il fondo della bolla – spingendo il sapone verso lalto – a causa della gravità. La tensione superficiale dellacqua è superiore a quella del sapone, quindi la parte superiore della bolla si indebolisce man mano che più sapone si concentra nella parte superiore. Presto la pressione interna sarà sufficiente a rompere la bolla, facendola scoppiare.

Un altro motivo è che lacqua viene evaporata, lasciandola con una soluzione più concentrata di sapone che – come detto sopra – ha una tensione superficiale inferiore.

Una bolla si comporta sempre secondo i principi della “dinamica delle bolle”. Questi sono regolati dall equazione di Rayleigh-Plesset . Come sottolineato da @mikhailcazi;

Una bolla, mentre esiste ancora, è bilanciata da tre fattori:

1) Tensione superficiale di acqua saponosa.

2) Pressione interna applicata dallaria allinterno della bolla sulla superficie.

3) Pressione atmosferica.

le 3 pressioni sono parte integrante del comportamento della bolla. Tuttavia, la bolla non scoppia immediatamente quando le pressioni interne aumentano ( Brennen lo spiega in modo eccellente). Ci sono fenomeni come la crescita e il collasso delle bolle. Potresti esaminalo se stai studiando la bolla di sapone in dettaglio e desideri utilizzare lapproccio lagrangiano per lo stesso. Alcune ipotesi per lequazione di Rayleigh-Plesset che devi ricordare:

1. Bolla si presume che sia sferico per tutta la sua vita
2. Si presume che il trasferimento di massa attraverso il muro a bolle sia trascurabile, ce ne sono molti altri sul trasferimento di calore, ma questi saranno sufficienti per la semplice custodia per bolle di sapone di cui hai bisogno. >

E per rispondere alla tua domanda;

Quale processo fluidodinamico si verifica durante lo scoppio di una bolla di sapone?

Sono fondamentalmente le variazioni di pressione che si verificano allinterno della bolla a causa delle variazioni di pressione esterna (ambiente). La forza di tensione superficiale si regola dalla variazione di raggio che si verifica a causa dellespansione / contrazione della bolla; e bilancia le pressioni fino a quando la pellicola di sapone diventa troppo sottile.

Commenti

• Buona risposta. Solo un piccolo commento: una bolla non ' si comporta sempre secondo lequazione di Rayleigh-Plesset. Lo farà solo se lipotesi principale di questa equazione è valida, ovvero nel caso in cui la bolla sia sferica. Per bolle piccole e non confinate questo è un presupposto equo, ma per bolle più grandi o in caso di pareti vicine si romperà.
• @Michiel; sì, devo ' aver dimenticato di aggiungere limportantissimo assunto nellequazione di Rayleigh-Plesset. Aggiungerò anche questi.

Domanda numero 1: una bolla di sapone è nera quando esplode, perché?

Risposta: quando una bolla di sapone esplode, sembra nera a causa di uninterferenza distruttiva. Quando una bolla esplode,

1. Il suo spessore diventa trascurabile, cioè lo spessore ≈ 0, e
2. La condizione per linterferenza distruttiva è soddisfatta. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Dove $ n $ è lindice di rifrazione dellacqua, $ m $ è lordine di una frangia scura, $ \ lambda $ è la lunghezza donda della luce utilizzata e $ t $ è il spessore delle pellicole. Quindi quando $ t = 0 $ e $ m = 0 $ otteniamo la frangia scura del primo ordine a causa dellinterferenza distruttiva. Quindi una bolla di sapone si comporta come una pellicola sottile e quando esplode appare nera a causa di interferenze distruttive.

Commenti

• Questo è linizio di una risposta, ma è tristemente incompleta.

Se guardi al rallentatore scoprirai che lo scoppio di una bolla di sapone è un tipo di reazione a catena, immagino che il sistema a bolle potrebbe non essere in grado di raggiungere uno stato energetico inferiore rilasciando energia nellambiente. quindi una reazione si traduce in un piccolo rilascio di energia ma lascia spazio a più rilasci di energia come processo a catena. quindi il sistema a bolle normalmente collasserà.