Vad är fysiken bakom en såpbubbla?

En bubbla, medan den fortfarande finns, balanseras av tre faktorer:
1) Ytanspänning av tvålvattnet.
2) Inre tryck appliceras av luften inuti bubblan på ytan.
3) Atmosfäriskt tryck.

När någon av dessa är obalanserade är en kraft större än de andra och detta får bubblan att dyka upp.

Om du pratar om varför spricker de i praktiken? Jo bubblans yta är gjord av tvålvatten. Tvål är lättare än vatten så när du skapar en bubbla dras vattnet mot botten av bubblan – trycker tvålen uppåt – på grund av tyngdkraften. Vattens ytspänning är högre än tvålens så att den övre delen av bubblan blir svagare eftersom mer tvål koncentreras överst. Snart kommer det inre trycket att räcka för att bryta bubblan och få den att spricka.

En annan anledning är att vattnet förångas och lämnar det med en mer koncentrerad tvålösning som – som nämnts ovan – har en lägre ytspänning.

En bubbla beter sig alltid enligt principerna för ”Bubble dynamics”. Dessa styrs av Rayleigh-Plesset-ekvationen . Som beskrivs av @mikhailcazi;

En bubbla, medan den fortfarande finns, balanseras av tre faktorer:

1) Ytspänning av tvålvattnet.

2) Internt tryck som appliceras av luften inuti bubblan på ytan.

3) Atmosfäriskt tryck.

de tre trycken är integrerade i bubblans beteende. Ändå dyker bubblan inte upp direkt när det interna trycket ökar ( Brennen förklarar detta utmärkt). Det finns fenomen som bubblatillväxt och kollaps också. titta på det om du studerar tvålbubblan i detalj och vill använda Lagrangian-metoden för samma. Några antaganden för Rayleigh-Plesset-ekvationen som du behöver komma ihåg:

1. Bubble antas vara sfärisk under hela sitt liv
2. Massöverföring genom bubbelväggen antas vara försumbar. Det finns många andra om värmeöverföring, men dessa räcker för det enkla tvålbubbelfodralet du behöver.

Och för att svara på din fråga;

Vilken flytande dynamisk process inträffar när en såpbubbla dyker upp?

Det är i grunden tryckvariationerna som förekommer inuti bubblan på grund av de yttre (omgivande) tryckvariationerna. Ytspänningskraften justeras genom förändringen i radie som uppstår på grund av bubblans expansion / kontraktion; och balanserar trycket tills tvålfilmen blir för tunn.

Kommentarer

• Bra svar. Bara en liten kommentar: en bubbla beter sig inte ' enligt Rayleigh-Plesset-ekvationen. Det kommer bara att göra det om huvudantagandet av denna ekvation gäller, vilket är i fallet att bubblan är sfärisk. För små, obegränsade bubblor är detta ett rimligt antagande, men för större bubblor eller i närheten av väggar kommer det att brytas ner.
• @Michiel; ja, jag måste ' har glömt att lägga till det mycket viktiga antagandet i Rayleigh-Plesset-föreskriften. Jag kommer också att lägga till dessa.

Fråga nummer 1: En tvålbubbla är svart när den spricker, Varför?

Svar: När en tvålbubbla spricker ser den svart ut på grund av destruktiv störning. När en bubbla spricker

1. Dess tjocklek blir försumbar, det vill säga tjocklek ≈ 0, och
2. Villkoret för destruktiv störning är uppfyllt. $$ 2nt = m \ lambda, \ tag1 $$ Där $ n $ är brytningsindex för vatten, $ m $ är ordningen på ett mörkt fransar, $ \ lambda $ är våglängden för det använda ljuset och $ t $ är tjockleken på filmerna. Således när $ t = 0 $ och $ m = 0 $ får vi första ordningens mörka fransar på grund av destruktiv störning. Därför beter sig en såpbubbla som en tunn film och när den spricker ser den svart ut på grund av destruktiv störning.

Kommentarer

• Detta är början på ett svar, men är sorgligt ofullständigt.

Om du tittar på Slow-Motion kommer du att se att en såpbubbla är ett slags av kedjereaktion, skulle jag gissa att bubbelsystemet kanske inte kan nå ett lägre energitillstånd genom att släppa energi till omgivningen. så en reaktion resulterar i en liten energiutsläpp men ger plats för mer energiutsläpp som en kedjeprocess. då kollapsar bubblasystemet vanligtvis.