Care este fizica din spatele unei bule de săpun?

Un balon, deși există încă, este echilibrat de trei factori:
1) Tensiunea suprafeței a apei cu săpun.
2) Presiunea internă aplicată de aer în interiorul bulelor de pe suprafață.
3) Presiunea atmosferică.

Când oricare dintre acestea este dezechilibrată, o forță este mai mare decât celelalte și acest lucru face ca bula să apară.

Dacă vorbiți despre ce au izbucnit în practică? Ei bine, suprafața bulei este făcută din apă de săpun. Săpunul este mai ușor decât apa, astfel încât atunci când creați o bulă, apa este trasă spre fundul balonului – împingând săpunul în sus – datorită gravitației. Tensiunea superficială a apei este mai mare decât cea a săpunului, astfel încât partea superioară a bulei devine mai slabă pe măsură ce mai mult săpun este concentrat în partea de sus. În curând, presiunea internă va fi suficientă pentru a sparge bula, provocând explozia acesteia.

Un alt motiv este că apa se evaporă, lăsând-o cu o soluție mai concentrată de săpun care – așa cum am menționat mai sus – are o tensiune superficială mai mică.

Un balon se comportă întotdeauna pe principiile „dinamicii bulelor”. Acestea sunt guvernate de ecuația Rayleigh-Plesset . După cum este subliniat de @mikhailcazi;

Un balon, deși există încă, este echilibrat de trei factori:

1) Tensiunea suprafeței a apei cu săpun.

2) Presiunea internă aplicată de aer în interiorul bulelor de pe suprafață.

3) Presiunea atmosferică.

cele 3 presiuni fac parte integrantă din comportamentul balonului. Cu toate acestea, balonul nu apare imediat când presiunile interne cresc ( Brennen explică acest lucru excelent). Există fenomene precum creșterea bulelor și colapsul. De asemenea, s-ar putea căutați acest lucru dacă studiați în detaliu bula de săpun și doriți să utilizați abordarea lagrangiană pentru același lucru. Câteva ipoteze pentru ecuația Rayleigh-Plesset pe care trebuie să le amintiți: se presupune că este sferic de-a lungul vieții sale

Și pentru a răspunde la întrebarea dvs.;

Ce proces dinamic fluid are loc în timpul apariției unei bule de săpun?

Practic sunt variațiile de presiune care apar în interiorul bulei datorită variațiilor de presiune externe (ambientale). Forța de tensiune a suprafeței se ajustează prin schimbarea razei care are loc datorită expansiunii / contracției bulei; și echilibrează presiunile până când pelicula de săpun devine prea subțire.

Comentarii

• Răspuns bun. Doar un mic comentariu: o bulă nu se comportă întotdeauna în conformitate cu ecuația Rayleigh-Plesset '. Va face acest lucru numai dacă se menține principala presupunere a acestei ecuații, care este în cazul în care bula este sferică. Pentru bulele mici, nelimitate, aceasta este o presupunere corectă, dar pentru bulele mai mari sau în cazul pereților din apropiere se va defecta.
• @Michiel; da, trebuie să ' am uitat să adaug presupunerea foarte importantă în eqution-ul Rayleigh-Plesset. Voi adăuga și acestea.

Întrebarea numărul 1: O bulă de săpun este neagră atunci când sparge, De ce?

Răspuns: Când o bulă de săpun izbucnește, pare negru din cauza interferențelor distructive. Când o bulă izbucnește,

1. Grosimea sa devine neglijabilă, adică grosimea ≈ 0 și
2. Condiția pentru interferența distructivă este îndeplinită. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ În cazul în care $ n $ este indicele de refracție al apei, $ m $ este ordinea unei franjuri întunecate, $ \ lambda $ este lungimea de undă a luminii utilizate și $ t $ este grosimea filmelor. Astfel, când $ t = 0 $ și $ m = 0 $ obținem franjuri întunecate de primă ordine din cauza interferenței distructive. Prin urmare, o bulă de săpun se comportă ca o peliculă subțire și atunci când sparge, pare neagră din cauza interferențelor distructive.

Comentarii

• Aceasta este începutul unui răspuns, dar este extrem de incomplet.

Dacă te uiți la Slow-Motion, vei descoperi că un balon de săpun apare într-un fel de reacție în lanț, aș presupune că sistemul cu bule ar putea să nu poată atinge o stare de energie mai mică prin eliberarea de energie în mediu. deci o reacție are ca rezultat o eliberare mică de energie, dar face loc pentru mai multe degajări de energie ca proces de lanț. atunci sistemul cu bule se va prăbuși de obicei.