Hunter
Már tudjuk, hogyan pukkan szét a buborék
Egy buborék kipukkanása a világ egyik legegyszerűbb dolgának tűnhet, az amerikai Harvard Egyetem kutatói azonban bemutatták milyen csodálatosan összetett fizika rejlik a folyamat mögött.
Nagysebességű kamerával készült felvételük szerint ahelyett, hogy egyszerűen eltűnne, a nagy buborék sok kisebb buborék tökéletes gyűrűjére szóródik szét. A kutatás több előállítási folyamat finomra hangolásában is szerepet játszhat a jövőben. James C. Bird és munkatársai az amerikai egyetem Mérnöki és Alkalmazott Tudományok karán úgy vélik, egy egységes viselkedést fedeztek fel, ami alkalmazható a fürdőszobában keletkező szappanbuborékokra és az óceánok habjában keletkező buborékokra egyaránt.
"A felszíni terület minimalizálása érdekében a buborék félgömb alakot vesz fel, amikor egy szilárd vagy folyékony felülettel érintkezik" - magyarázta Bird. "Azt vettük észre, hogy amikor ezek a félgömb alakú buborékok kipukkannak, egy kétlépcsős folyamat megy végbe, ami egy kisebb buborékokból álló gyűrűt hoz létre. Bár a kapott kisebb buborékokat már korábban is észlelték, egészen mostanáig a szakirodalom nem tett említést a keletkezésük hogyanjáról."
Nos, a "hogyanban" a buborék íves természete játszik kulcsszerepet, ez az alak ugyanis nagyobb nyomást eredményez a buborék belsején, mint a külsején. Amikor a buborék megnyílik, a nyomás kiegyenlítődik és a felületi feszültség hatására egy befelé irányuló eredő erő jön létre. "Az első lépésben a buborékra ható erők a folyadékhártyát önmagába hajtják, melynek hatására kialakul egy tórusz vagy fánk alakú légzseb. A második lépésben a felületi feszültség megtöri ezt a tóruszt, kisebb buborékok gyűrűjét hozva létre" - tette hozzá Bird.
A lépcsőzetes effektus igen rövid életű és rendkívül gyorsan zajlik, nem is észlelhető szabad szemmel. A kutatók ezért egy nagysebességű kamerát vetettek be, hogy filmre vegyék a buborékok összeomlását. A felvétel elemzése alapján egy numerikus modellt készítettek, hogy azzal teszteljék és alkossák újra kísérleti feltevéseiket. Az eddigi eredmények szerint a jelenség fizikája független a buborék anyagától. A kutatókat meg is lepte, hogy a gyűrű-effektust olyan magas viszkozitású folyadékokban is felfedezték, mint az olaj, vagy egy, a víznél ötezerszer nagyobb belső súrlódású oldat. Bird sokkal egzotikusabb anyagokban, például folyékony üvegben, lávában vagy sárban is szeretné tanulmányozni a hatást.
Bár a buborékok kipukkadásának tudománya nem tűnik különösebben hasznosnak, a kutatók úgy vélik, hosszú távon több terület is kamatoztathat majd ezekből az ismeretekből. "Azoknál a területeknél, amiket hátrányosan érint a kis buborékok kialakulása, mint például az üveggyártás, eredményeink alapján összehangolhatják azokat a paramétereket, amivel csökkenthető az utód-buborékok kialakulása" - fejtegette Bird.
"Elkészítettük a kisebb buborékokból álló gyűrűk észlelésének általános magyarázatát" - összegzett Howard A. Stone professzor, Bird konzulense, a Princeton Egyetem Műszaki- és Űrrepülés-mérnöki karának tanára, aki maga is részt vett a kutatásban. "Úgy véljük, a tanulmány rávilágít a nagyobb buborékok aeroszol kialakításban játszott egyik szerepére" - tette hozzá, ami szerinte a gyógyászati kutatásokban is hasznos lesz, az aeroszol cseppek ugyanis szerepet játszanak a kórokozók terjedésében.
Nagysebességű kamerával készült felvételük szerint ahelyett, hogy egyszerűen eltűnne, a nagy buborék sok kisebb buborék tökéletes gyűrűjére szóródik szét. A kutatás több előállítási folyamat finomra hangolásában is szerepet játszhat a jövőben. James C. Bird és munkatársai az amerikai egyetem Mérnöki és Alkalmazott Tudományok karán úgy vélik, egy egységes viselkedést fedeztek fel, ami alkalmazható a fürdőszobában keletkező szappanbuborékokra és az óceánok habjában keletkező buborékokra egyaránt.
"A felszíni terület minimalizálása érdekében a buborék félgömb alakot vesz fel, amikor egy szilárd vagy folyékony felülettel érintkezik" - magyarázta Bird. "Azt vettük észre, hogy amikor ezek a félgömb alakú buborékok kipukkannak, egy kétlépcsős folyamat megy végbe, ami egy kisebb buborékokból álló gyűrűt hoz létre. Bár a kapott kisebb buborékokat már korábban is észlelték, egészen mostanáig a szakirodalom nem tett említést a keletkezésük hogyanjáról."
Nos, a "hogyanban" a buborék íves természete játszik kulcsszerepet, ez az alak ugyanis nagyobb nyomást eredményez a buborék belsején, mint a külsején. Amikor a buborék megnyílik, a nyomás kiegyenlítődik és a felületi feszültség hatására egy befelé irányuló eredő erő jön létre. "Az első lépésben a buborékra ható erők a folyadékhártyát önmagába hajtják, melynek hatására kialakul egy tórusz vagy fánk alakú légzseb. A második lépésben a felületi feszültség megtöri ezt a tóruszt, kisebb buborékok gyűrűjét hozva létre" - tette hozzá Bird.
A lépcsőzetes effektus igen rövid életű és rendkívül gyorsan zajlik, nem is észlelhető szabad szemmel. A kutatók ezért egy nagysebességű kamerát vetettek be, hogy filmre vegyék a buborékok összeomlását. A felvétel elemzése alapján egy numerikus modellt készítettek, hogy azzal teszteljék és alkossák újra kísérleti feltevéseiket. Az eddigi eredmények szerint a jelenség fizikája független a buborék anyagától. A kutatókat meg is lepte, hogy a gyűrű-effektust olyan magas viszkozitású folyadékokban is felfedezték, mint az olaj, vagy egy, a víznél ötezerszer nagyobb belső súrlódású oldat. Bird sokkal egzotikusabb anyagokban, például folyékony üvegben, lávában vagy sárban is szeretné tanulmányozni a hatást.
Bár a buborékok kipukkadásának tudománya nem tűnik különösebben hasznosnak, a kutatók úgy vélik, hosszú távon több terület is kamatoztathat majd ezekből az ismeretekből. "Azoknál a területeknél, amiket hátrányosan érint a kis buborékok kialakulása, mint például az üveggyártás, eredményeink alapján összehangolhatják azokat a paramétereket, amivel csökkenthető az utód-buborékok kialakulása" - fejtegette Bird.
"Elkészítettük a kisebb buborékokból álló gyűrűk észlelésének általános magyarázatát" - összegzett Howard A. Stone professzor, Bird konzulense, a Princeton Egyetem Műszaki- és Űrrepülés-mérnöki karának tanára, aki maga is részt vett a kutatásban. "Úgy véljük, a tanulmány rávilágít a nagyobb buborékok aeroszol kialakításban játszott egyik szerepére" - tette hozzá, ami szerinte a gyógyászati kutatásokban is hasznos lesz, az aeroszol cseppek ugyanis szerepet játszanak a kórokozók terjedésében.
