Схлопывание пузырей. Открыт механизм физических процессов | Наука 21 век

Наука 21 век » Схлопывание пузырей. Открыт механизм физических процессов





Схлопывание пузырей. Открыт механизм физических процессов

Июнь 10th, 2010

Схлопывание пузырей. Открыт механизм физических процессовАмериканские физики впервые сумели показать, какие физические силы действуют при схлопывании пузырей, благодаря которым те не исчезают просто так, а формируют новые, гораздо более мелкие пузырьки, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature. Открытый механизм физических процессов схлопывания пузырей может найти применение для описания многих природных явлений или использоваться в медицине или промышленности.

Схлопывание пузырей. Открыт механизм физических процессовС таким, казалось бы простым явлением, как образование кольца новых, более мелких пузырьков вокруг мыльного пузыря, лопнувшего на поверхности жидкости или твердого тела, сталкивался едва ли не каждый житель Земли, когда-либо мывший посуду, стиравший одежду, купавшийся в океане или просто пускавший мыльные пузыри в воздух.

Авторы нового исследования - группа гарвардских физиков во главе с Джеймсом Бёрдом (James Bird) - сумели впервые показать, что процесс схлопывания пузырей запускает целый каскад физических явлений и объяснить какие именно физические силы лежат в его основе.

Ученые выяснили, что при разрушении оболочки пузыря избыточное давление внутри него, формирующееся над его внутренней вогнутой поверхностью, заставляет оболочку очень быстро сворачиваться от центра к краям. В результате этого процесса, ускоряемого действием силы поверхностного натяжения, оболочка лопающегося пузыря формирует фигуру, похожую на тор, или бублик.

Эта фигура является очень неустойчивой и быстро разрушается на отдельные пузыри, благодаря чему, по периметру лопающегося пузыря формируется кольцо из новых пузырьков гораздо меньшего размера, чем изначальный. Их небольшой размер, высокая кривизна поверхности и обусловленное ею высокое давление внутри заставляет эти вновь образовавшиеся пузырьки вновь лопаться по такому же механизму, что и изначальный большой пузырь.

Теоретически, этот процесс мог бы продолжаться много раз, однако в реальности ученым не удалось наблюдать более двух каскадов образования новых маленьких пузырей из изначального. Каскад завершается формированием микроскопических капель жидкости.

С помощью видеокамер, предназначенных для быстрой съемки, а также построенных математических симуляций, ученые продемонстрировали, что процесс лопанья пузыря является универсальным для любой жидкости и может наблюдаться для жидких сред, обладающих вязкостью в 5 тысяч раз превышающую вязкость воды. Исследователи показали, что подбирая нужные параметры жидкости, а также поверхность, на которой покоится надутый с ее помощью пузырь, можно оказывать существенное влияние на конечный результат схлопывания пузыря.

Ученые полагают, что аналогичные закономерности можно выявить и для расплавленных стекол, грязи и даже пузырей в вулканической лаве. Понимание процессов, формирующих маленькие пузырьки из больших, по мнению ученых, может найти самые различные применения.

"Мы выработали теорию, с помощью которых можно объяснить формирование знакомого всем кольца мелких пузырьков вокруг лопнувшего большого пузыря. Мы полагаем, это может прояснить роль пузырей в формировании аэрозольных частиц в природе или промышленных процессах", - прокомментировал работу ее соавтор профессор Говард Стоун (Howard Stone), слова которого приводит пресс-служба Гарвардского университета.

Например, при изготовлении стекол формирование пузырьков может иметь крайне негативное влияние на конечный продукт, тогда как пузыри и пена морских волн, вполне вероятно, помогают формировать свежий морской бриз, содержащий аэрозольные частицы с растворенными в них морскими солями и минералами.

Микрокапельки жидкости, формирующиеся из лопающихся пузырей, могут являться носителями и инфекций и паразитов обитающих в воде океанов и морей, поэтому их изучение - не праздный интерес ученых-медиков.

по информации rian.ru