Jaka jest fizyka kryjąca się za bańką mydlaną?

Bąbelek, chociaż nadal istnieje, jest równoważony przez trzy czynniki:
1) Napięcie powierzchniowe wody mydlanej.
2) Ciśnienie wewnętrzne wywierane przez powietrze wewnątrz pęcherzyka na powierzchnię.
3) Ciśnienie atmosferyczne.

Kiedy któraś z nich jest niezrównoważona, jedna siła jest większa od innych, co powoduje pęknięcie bańki.

Jeśli mówisz o tym, dlaczego pękają w praktyce? Cóż, powierzchnia bańki jest zrobiona z wody mydlanej. Mydło jest lżejsze od wody, więc kiedy tworzysz bańkę, woda jest ciągnięta w kierunku dna bańki – wypychając mydło do góry – dzięki grawitacji. Napięcie powierzchniowe wody jest wyższe niż mydła, więc górna część bańki słabnie, ponieważ w górnej części koncentruje się więcej mydła. Wkrótce wewnętrzne ciśnienie będzie wystarczające, aby rozbić bańkę, powodując jej pęknięcie.

Innym powodem jest odparowanie wody, pozostawiając ją z bardziej stężonym roztworem mydła, które – jak wspomniano powyżej – ma niższe napięcie powierzchniowe.

Bańka zawsze zachowuje się zgodnie z zasadami „Dynamiki bąbelków”. Są one regulowane przez równanie Rayleigha-Plesseta . Jak wskazał @mikhailcazi;

Bąbelek, chociaż nadal istnieje, jest równoważony przez trzy czynniki:

1) Napięcie powierzchniowe wody mydlanej.

2) Ciśnienie wewnętrzne wywierane przez powietrze wewnątrz pęcherzyka na powierzchni.

3) Ciśnienie atmosferyczne.

te 3 ciśnienia są integralną częścią zachowania bańki. Jednak bańka nie pęka od razu, gdy wzrasta ciśnienie wewnętrzne ( Brennen wyjaśnia to doskonale). Istnieją również zjawiska, takie jak wzrost i zapadanie się bańki. przyjrzyj się temu, jeśli szczegółowo badasz bańkę mydlaną i chcesz w tym samym celu zastosować podejście Lagrangianu. Niektóre założenia do równania Rayleigha-Plesseta, o których musisz pamiętać:

1. Bańka przyjmuje się, że jest sferyczny przez cały okres swojego życia
2. Zakłada się, że przenikanie masy przez ścianę bańki jest nieistotne, istnieje wiele innych kwestii związanych z przenoszeniem ciepła, ale wystarczą one na prostą bańkę mydlaną, której potrzebujesz.

I aby odpowiedzieć na Twoje pytanie;

Jaki płynny dynamiczny proces zachodzi podczas pękania bańki mydlanej?

Zasadniczo chodzi o zmiany ciśnienia, które występują wewnątrz bańki z powodu zmian ciśnienia zewnętrznego (otoczenia). Siła napięcia powierzchniowego dostosowuje się przez zmianę promienia, która występuje w wyniku rozszerzania / kurczenia się pęcherzyka; i równoważy ciśnienie, aż warstwa mydła stanie się zbyt cienka.

Komentarze

• Dobra odpowiedź. Tylko mały komentarz: bąbelek nie ' nie zawsze zachowuje się zgodnie z równaniem Rayleigha-Plesseta. Zrobi to tylko wtedy, gdy główne założenie tego równania będzie aktualne, czyli w przypadku, gdy bańka jest kulista. W przypadku małych, nieograniczonych bąbelków jest to słuszne założenie, ale w przypadku większych bąbelków lub w przypadku pobliskich ścian pęknie.
• @Michiel; tak, muszę ' zapomnieć o dodaniu bardzo ważnego założenia do ostrzeżenia Rayleigha-Plesseta. Te też dodam.

Pytanie numer 1: Bańka mydlana jest czarna, gdy pęka, dlaczego?

Odpowiedź: Kiedy bańka mydlana pęka, wygląda na czarną z powodu destrukcyjnej interferencji. Kiedy bańka pęka,

1. Jego grubość staje się pomijalna, to znaczy grubość ≈ 0, oraz
2. Warunek niszczącej interferencji jest spełniony. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Gdzie $ n $ to współczynnik załamania światła wody, $ m $ to rząd ciemnych prążków, $ \ lambda $ to długość fali użytego światła, a $ t $ to grubość folii. Zatem gdy $ t = 0 $ i $ m = 0 $, otrzymujemy ciemne prążki pierwszego rzędu z powodu destrukcyjnej interferencji. Dlatego bańka mydlana zachowuje się jak cienka folia, a gdy pęka, wygląda na czarną z powodu destrukcyjnej interferencji.

Komentarze

• To jest początkiem odpowiedzi, ale jest żałośnie niepełna.

Jeśli spojrzysz na zwolnione tempo, zobaczysz, że pękanie bańki mydlanej jest rodzajem Jeśli chodzi o reakcję łańcuchową, przypuszczam, że system bąbelkowy może nie być w stanie osiągnąć niższego stanu energii poprzez uwolnienie energii do środowiska. więc reakcja skutkuje niewielkim uwolnieniem energii, ale ustępuje miejsca uwalnianiu większej ilości energii w procesie łańcuchowym. wtedy system bąbelkowy zazwyczaj się załamie.