Wat is de fysica achter een zeepbel?

Een luchtbel, hoewel hij nog steeds bestaat, wordt in evenwicht gehouden door drie factoren:
1) Oppervlaktespanning van het zeepachtige water.
2) Interne druk uitgeoefend door de lucht in de luchtbel op het oppervlak.
3) Atmosferische druk.

Wanneer een van deze onevenwichtig is, is de ene kracht groter dan de andere en dit zorgt ervoor dat de bubbel knapt.

Als je het erover hebt, waarom barsten ze in de praktijk? Het oppervlak van de bubbel is gemaakt van zeepwater. Zeep is lichter dan water, dus als je een luchtbel maakt, wordt het water door de zwaartekracht naar de bodem van de bel getrokken – waardoor de zeep naar boven wordt geduwd. De oppervlaktespanning van water is hoger dan die van zeep, dus het bovenste deel van de bel wordt zwakker naarmate er meer zeep aan de bovenkant wordt geconcentreerd. Binnenkort zal de interne druk voldoende zijn om de luchtbel te breken, waardoor deze barst.

Een andere reden is dat het water verdampt, waardoor er een meer geconcentreerde zeepoplossing overblijft die – zoals hierboven vermeld – heeft een lagere oppervlaktespanning.

Een bubbel gedraagt zich altijd volgens de principes van “Bubble dynamics”. Deze worden bepaald door de Rayleigh-Plesset-vergelijking . Zoals uiteengezet door @mikhailcazi;

Een luchtbel, hoewel hij nog steeds bestaat, wordt in evenwicht gehouden door drie factoren:

1) Oppervlaktespanning van het zeepwater.

2) Interne druk uitgeoefend door de lucht in de bel op het oppervlak.

3) Atmosferische druk.

de 3 drukken zijn een integraal onderdeel van het gedrag van de bel. Toch knalt de luchtbel niet meteen wanneer de interne druk toeneemt ( Brennen verklaart dit uitstekend). Er zijn verschijnselen zoals de groei en instorting van de bellen. U zou ook kunnen kijk daar eens naar als je de zeepbel in detail bestudeert en daarvoor de Lagrangiaanse benadering wilt gebruiken. Enkele aannames voor de Rayleigh-Plesset-vergelijking die je moet onthouden:

1. Bubble wordt verondersteld bolvormig te zijn gedurende de hele levensduur.
2. Er wordt aangenomen dat massaoverdracht door de bellenwand verwaarloosbaar is, er zijn nog veel meer over warmteoverdracht, maar deze zullen voldoende zijn voor de eenvoudige zeepbel die u nodig heeft. >

En om uw vraag te beantwoorden;

Welk vloeistofdynamisch proces vindt plaats tijdens het knappen van een zeepbel?

Het zijn in feite de drukvariaties die optreden in de luchtbel als gevolg van de externe (omgevings) drukvariaties. De oppervlaktespanningskracht wordt aangepast door de verandering in straal die optreedt als gevolg van uitzetting / samentrekking van de bel; en brengt de druk in evenwicht totdat de zeepfilm te dun wordt.

Opmerkingen

• Goed antwoord. Slechts een kleine opmerking: een ballon ' gedraagt zich niet altijd volgens de Rayleigh-Plesset-vergelijking. Het zal dat alleen doen als de belangrijkste aanname van deze vergelijking geldt, wat in het geval is dat de bel bolvormig is. Voor kleine, onbegrensde bellen is dit een redelijke veronderstelling, maar voor grotere bellen of in het geval van nabijgelegen muren zal het stuk gaan.
• @Michiel; ja, ik moet ' zijn vergeten de zeer belangrijke aanname toe te voegen in de Rayleigh-Plesset-overeenkomst. Ik zal deze ook toevoegen.

Vraag nummer 1: Een zeepbel is zwart als hij barst, waarom?

Antwoord: Wanneer een zeepbel barst, ziet deze er zwart uit vanwege destructieve interferentie. Wanneer een luchtbel barst,

1. De dikte wordt verwaarloosbaar, dat wil zeggen dikte ≈ 0, en
2. Aan de voorwaarde voor destructieve interferentie is voldaan. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Waar $ n $ de brekingsindex van water is, $ m $ de volgorde van een donkere rand is, $ \ lambda $ de golflengte van het gebruikte licht en $ t $ de dikte van de films. Dus als $ t = 0 $ en $ m = 0 $ krijgen we de eerste orde donkere rand als gevolg van destructieve interferentie. Daarom gedraagt een zeepbel zich als een dunne film en wanneer hij barst, ziet hij er zwart uit vanwege destructieve interferentie.

Opmerkingen

• Dit is het begin van een antwoord, maar is jammerlijk onvolledig.

Als je naar Slow-Motion kijkt, zul je zien dat het knappen van een zeepbel een soort is van kettingreactie, zou ik vermoeden dat het bellenstelsel misschien niet in staat is om een lagere energietoestand te bereiken door energie vrij te geven in de omgeving. een reactie resulteert dus in een kleine energie-afgifte maar maakt plaats voor meer energie-afgifte als een kettingproces. dan zal het bubbelsysteem typisch instorten.