Может ли тщательное наблюдение за взрывающимися мыльными пузырями дать важные для науки выводы?
Оказывается, что процесс, стоящий за ним, является более универсальным, и его детальное знание может принести пользу многим дисциплинам, от океанографии до исследования атмосферы. Может быть удивительно, что наука узнает об этом явлении только сейчас, но оказывается, что это совсем не простое явление.
Мы ассоциируем лопающиеся пузыри с детской игрой.
Из-за этой ассоциации мы ожидаем, что это будет простое описание феномена как физического процесса. Однако, если ребенок спросит своих родителей, почему пузырь лопается? У них возникнут проблемы с профессиональным объяснением. Если бы родитель был физиком или математиком, ребенок мог бы провести еще час, слушая серьезную лекцию.
Долгое время это явление вообще не объяснялось.
Считалось, что после взрыва пузырь просто снова становится частью жидкости, из которой он возник. Только в 2010 году исследователи из Гарвардского университета записали и описали это явление с помощью сверхбыстрой камеры.
Оказывается, что при растрескивании на поверхности пузырька образуется ряд очень мелких пузырьков, которые снова можно разделить на несколько. Возвращение в жидкую форму происходит гораздо дольше, чем считалось ранее. Также были определены факторы, определяющие ход процесса взрыва пузырька: поверхностное натяжение пузырьковой мембраны, инерционные свойства жидкости и давление газа внутри пузырька.
Те же физические основы, независимо от материала, из которого возник пузырь, - работают над обычными мыльными пузырями и теми которые возникли из масла или других прочных жидкостей.
Теперь ученые сделали еще один шаг в понимании этого явления, разработав математическую формулу, которая описывает процесс, происходящий когда пузырь лопается в конкретной ситуации - выходя на поверхность жидкости. Скорее, это относится не к мыльным пузырям, а к тому, что происходит в океанах, в промышленности или в ресторанах на поверхности газированного напитка.
Когда пузырь лопается на поверхности жидкости, его разрушение вызывает капиллярные волны или распространенные по кругу хорошо известные так называемые «морщины». Исследователи установили, что как разрыв мембраны, так и сила выброса жидкости, возникающая после взрыва пузырька, определяются неизмеримым числом, которое определяется на основе так называемой капиллярной инерции и сил, возникающих в результате липкости данной жидкости.
Брошенные пузырьки принимают форму аэрозолей.
Мы можем наблюдать их по всей поверхности, с которой выходят лопающиеся пузыри - от поверхности моря до бокала холодного напитка. Поскольку аэрозоли важны в различных средах, в первую очередь в водных и в воздухе, многие исследователи отмечают важность понимания условий, в которых они возникают.
«Пузырьковый взрыв - это естественное и распространенное явление», - говорит Люк Дайке, профессор авиационной механики и техники в Институте окружающей среды Принстона, член исследовательской группы, которая разработала формулу. Способность лучше прогнозировать динамику этого явления принесет практическую пользу в таких важных областях, как климат или здоровье человека.