Hva er fysikken bak en såpeboble?

En boble, mens den fremdeles eksisterer, balanseres av tre faktorer:
1) Overflatespenning av såpevannet.
2) Internt trykk påført av luften inne i boblen på overflaten.
3) Atmosfærisk trykk.

Når noen av disse er i ubalanse, er en kraft større enn de andre, og dette får boblen til å poppe.

Hvis du snakker om hvorfor brister de i praksis? Vel, boblenes overflate er laget av såpevann. Såpe er lettere enn vann, så når du lager en boble trekkes vannet mot bunnen av boblen – skyver såpen oppover på grunn av tyngdekraften. Overflatespenning av vann er høyere enn for såpe, så den øvre delen av boblen blir svakere ettersom mer såpe er konsentrert på toppen. Snart vil det indre trykket være nok til å bryte boblen og føre til at den sprekker.

En annen grunn er at vannet blir fordampet og etterlater det med en mer konsentrert løsning av såpe som – som nevnt ovenfor – har en lavere overflatespenning.

En boble oppfører seg alltid etter prinsippene for «Bubble dynamics». Disse styres av Rayleigh-Plesset-ligningen . Som skissert av @mikhailcazi;

En boble, mens den fremdeles eksisterer, balanseres av tre faktorer:

1) Overflatespenning av såpevannet.

2) Internt trykk påført av luften inne i boblen på overflaten.

3) Atmosfærisk trykk.

de tre trykkene er integrert i boblens oppførsel. Likevel spretter boblen ikke umiddelbart når det interne trykket øker ( Brennen forklarer dette utmerket). Det er fenomener som boblevekst og kollaps også. se på det hvis du studerer såpeboblen i detalj, og ønsker å bruke Lagrangian-tilnærmingen for det samme. Noen antakelser for Rayleigh-Plesset-ligningen som du trenger å huske:

1. Bubble antas å være sfærisk gjennom hele livet
2. Masseoverføring gjennom bobleveggen antas å være ubetydelig. Det er mange andre om varmeoverføring, men disse vil være tilstrekkelig for det enkle såpeboblesaken du trenger.

Og for å svare på spørsmålet ditt;

Hvilken flytende dynamisk prosess oppstår når du spretter en såpeboble?

Det er i utgangspunktet trykkvariasjonene som oppstår inne i boblen på grunn av de ytre (omgivende) trykkvariasjonene. Overflatespenningskraften justeres av endringen i radius som oppstår på grunn av ekspansjon / sammentrekning av boblen; og balanserer trykket til såpefilmen blir for tynn.

Kommentarer

• Godt svar. Bare en liten kommentar: en boble oppfører seg ikke alltid ' i henhold til Rayleigh-Plesset-ligningen. Det vil bare gjøre det hvis hovedforutsetningen for denne ligningen holder, noe som er i tilfelle at boblen er sfærisk. For små, ikke-begrensede bobler er dette en rimelig antagelse, men for større bobler eller i tilfelle vegger i nærheten vil den bryte ned.
• @Michiel; ja, jeg må ' har glemt å legge til den veldig viktige antagelsen i Rayleigh-Plesset-ekvasjonen. Jeg vil legge til disse også.

Spørsmål nummer 1: En såpeboble er svart når den sprekker, Hvorfor?

Svar: Når en såpeboble sprekker, ser den svart ut på grunn av destruktiv forstyrrelse. Når en boble brister,

1. Tykkelsen blir ubetydelig, det vil si tykkelse ≈ 0, og
2. Betingelsen for destruktiv interferens er oppfylt. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Hvor $ n $ er brytningsindeksen for vann, $ m $ er i rekkefølgen av en mørk fryns, $ \ lambda $ er bølgelengden til brukt lys og $ t $ er tykkelsen på filmene. Dermed når $ t = 0 $ og $ m = 0 $ får vi den første ordren mørke frynser på grunn av destruktiv forstyrrelse. Derfor oppfører en såpeboble seg som en tynn film, og når den sprekker, ser den svart ut på grunn av destruktiv forstyrrelse.

Kommentarer

• Dette er begynnelsen på et svar, men er sørgelig ufullstendig.

Hvis du ser til Slow-Motion, vil du finne at en såpeboble er en slags av kjedereaksjon, vil jeg gjette at boblesystemet kanskje ikke kan nå en lavere energitilstand ved å frigjøre energi til miljøet. så en reaksjon resulterer i en liten frigjøring av energi, men gir plass til mer energiutgivelser som en kjedeprosess. da kollapser boblesystemet vanligvis.