Mystery Popped: Science Of Bubbles Decoded

{h1}

Door het bestuderen van clusters van zeepbellen, creëerden onderzoekers een reeks vergelijkingen die het dynamische gedrag van schuimen effectief modelleren.

Iedereen die zeep heeft ingezeept of een schuimige schuimvorm heeft gezien bovenop vers gegoten frisdrank, is getuige geweest van de delicate wetenschap van bubbels in actie. Maar hoewel bellen en schuimende materialen in het dagelijks leven veel voorkomen, hebben wetenschappers moeite gehad om het gecompliceerde gedrag van zeepsop te modelleren - de manier waarop clusters van bubbels groeien, van vorm veranderen en uiteindelijk knappen.

Nu hebben onderzoekers van de University of California, Berkeley een reeks vergelijkingen gemaakt die modelleren hoe schuimende clusters evolueren op basis van hun onderzoek naar vormveranderende zeepbellen. De bevindingen, vandaag gepubliceerd (9 mei) in het tijdschrift Science, helpen de complexe en dynamische beweging van schuimen voorspellen.

Het begrijpen en voorspellen van luchtbelgedrag is belangrijk omdat de productie van chemicaliën waarop we vertrouwen, zoals vlamvertragers, schuim en schuim bevat.

Het bouwen van wiskundige modellen voor schuimen is moeilijk omdat ze zijn gemaakt van individuele bellen met elkaar verbonden in een cluster, vaak muren of grenzen delen, zei James Sethian, een professor in de wiskunde aan de Universiteit van Californië, Berkeley en co-auteur van de nieuwe studie.

"Fysieke effecten drijven deze interfaces rond, en de complexiteit heeft te maken met het feit dat de mechanica op een breed scala van tijd- en ruimteschalen voorkomen," vertelde Sethian WordsSideKick.com. "Het is een uitdaging om numerieke modellen te bouwen waarmee je deze enorm verschillende schalen kunt koppelen, zodat ze met elkaar praten op een manier die accuraat en fysiek redelijk is." [Liquid Sculptures: Dazzling Photographs of Falling Water]

Sethian en zijn coauteur, Robert Saye, identificeerden drie hoofdfasen van schuimevolutie: de herschikking van de bubbels; de afvoer van vloeistof door de dunne wanden van de bellen, of membranen; en de daaropvolgende fase waarin de membranen zo dun worden barsten de bellen.

De onderzoekers hebben hun model getest op verschillende clusters van zeepbellen, en ontdekten dat de modellen de beweging van het schuim nauwkeurig voorspelden.

"De dynamiek verandert als een functie van het aantal bellen, de betrokken materialen en de viscositeit van de vloeistoffen," zei Sethian.

Denis Weaire, emeritus fysicus en professor aan het Trinity College Dublin in Ierland, noemde het onderzoek "een nieuwe start" in de studie van schuimfysica. Weaire was niet betrokken bij de nieuwe studie, maar schreef een redactioneel artikel waarin de implicaties van de bevindingen werden besproken.

"Ik denk dat mensen zoals ik al heel lang op deze ontwikkeling wachten", zei Weaire tegen WordsSideKick.com.

Bellen en schuimen worden gecreëerd door luchtzakken in vloeistoffen op te sluiten en zijn afhankelijk van een vloeistofeigenschap die oppervlaktespanning wordt genoemd. Door de hoge oppervlaktespanning kan een paperclip op het wateroppervlak drijven in plaats van ondergedompeld te worden.

Wanneer water uit een kraan stroomt, ontstaan ​​er kleine belletjes, maar deze komen heel snel omhoog. Dit komt omdat de oppervlaktespanning van water hoog is, dus de bubbels ontwikkelen zeer dunne membranen, waardoor ze gemakkelijk kunnen scheuren.

Oppervlakteactieve stoffen, of oppervlakteactieve stoffen, zijn organische verbindingen die aan het oppervlak van water blijven kleven, waardoor de oppervlaktespanning wordt verlaagd en de luchtbellen worden gestabiliseerd. Zeep en vaatwasmiddelen zijn voorbeelden van materialen die oppervlakteactieve stoffen bevatten, wat verklaart waarom zeepwater grote belletjes kan vormen, terwijl normaal water dat niet kan.

Weaire zei dat de nieuwe vergelijkingen fysici zullen helpen bij het bestuderen van zogenaamde onstabiele schuimen, waarbij verschillende factoren, zoals de zwaartekracht, vloeistoffen laten afvloeien door de membranen van de bellen, waardoor ze uiteindelijk barsten.

"De uitdaging in de toekomst zal zijn om deze dynamische situaties te beschrijven, of onstabiele schuimen die verre van in evenwicht zijn," zei Weaire. "Waar het allemaal toe leidt is moeilijk te zeggen, maar dit opent een nieuw centrum voor het onderwerp."

Volg Denise Chow op Twitter @denisechow. Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Origineel artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Vanessa Van Edwards:.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com