
任何在新鲜浇注的苏打水上都泡沫肥皂或看到泡沫泡沫形成的任何人都见证了动作中的泡泡科学。但是,尽管气泡和泡沫材料在日常生活中很常见,但科学家一直在努力对Suds的复杂行为进行建模 - 气泡的簇增长,变形并最终流行。
现在,加州大学伯克利分校的研究人员创建了一系列方程肥皂气泡。今天(5月9日)在《科学》杂志上发表的研究结果有助于预测泡沫的复杂而动态的运动。
理解和预测气泡行为很重要,因为我们依靠的化学物质的产生,例如阻燃剂,涉及泡沫和泡沫。
加利福尼亚大学伯克利分校,伯克利分校的数学教授,新研究的合着者詹姆斯·塞思安(James Sethian)说,建立泡沫的数学模型是很困难的,因为它们是由一个群集中的个体泡沫制成的,经常共享墙壁或边界。
塞思说:“物理效果推动了这些界面的周围,复杂性与机械师在各种时间和空间尺度上发生的事实有关。” “构建数值模型使您可以将这些截然不同的尺度融合在一起,以便它们以准确且身体合理的方式彼此交谈是一项挑战。” [液体雕塑:落水的耀眼照片这是给出的
塞思安(Sethian)和他的合着者罗伯特·赛(Robert Saye)确定了泡沫进化的三个关键阶段:气泡的重排;液体通过气泡的薄壁或膜的排水;以及随后的膜变得如此细的阶段气泡破裂。
研究人员在肥皂泡的不同大小的簇上测试了他们的模型,并发现模型准确地预测了SUD的运动。
塞思说:“动力学随着气泡数量,所涉及的材料和液体粘度而变化。”
爱尔兰三一学院的物理学家兼名誉教授丹尼斯·韦尔(Denis Weaire)在研究中称这项研究为“新开始”泡沫物理。 Weaire没有参与新研究,而是写了一篇编辑文章,讨论了这些发现的含义。
Weaire告诉LiveScience:“我认为像我这样的人已经等待了这一发展已有一段时间了。”
气泡和泡沫是通过将空气口袋捕获在液体中而产生的,并取决于称为表面张力的流体特性。高表面张力是使纸唇漂浮在水面而不是浸没的原因。
当水从水龙头流出时,小气泡形成但是很快弹出。这是因为水的表面张力很高,因此气泡会产生非常薄的膜,从而使它们很容易破裂。
表面活性物质或表面活性剂是粘在水面上的有机化合物,可降低表面张力并稳定气泡。肥皂和洗碗机液是含有表面活性剂材料的示例,这解释了为什么肥皂水会产生大量气泡簇,而正常水不能。
韦尔说,新方程将帮助物理学家研究所谓的不稳定泡沫,其中各种因素(例如重力)会导致流体通过气泡的膜沥干,最终使它们破裂。
Weaire说:“未来的挑战将是描述这些动态情况或远离平衡的不稳定泡沫。” “很难说,这一切都很难说,但这为这个主题打开了一个新的中心。”
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