Naukowcy odkrywają wiedzę kryjącą się za dmuchaniem baniek

Anonim

Co dokładnie dzieje się, gdy uderzysz w film mydlany, by zrobić bańkę? Za tym prostym pytaniem o ulubione zajęcia z dzieciństwa kryje się jakaś prawdziwa nauka, odkryli naukowcy z New York University.

W serii eksperymentów polegających na replikacji bąbelków, Applied Math Lab z NYU odkryło dwa sposoby tworzenia bąbelków: jeden, poprzez pchanie stałym, ale silnym wiatrem na błonie mydlanej przez okrągłą różdżkę, co powoduje jej bańka i dwa, poprzez pchanie delikatnym wiatrem na już napompowaną błonę, aby napędzać jej dalszy wzrost.

"Ta druga metoda może wyjaśnić, jak często dmuchamy bańki jako dzieci: szybkie zaciągnięcie zagina folię na zewnątrz, a potem film wciąż rośnie, gdy strumień powietrza zwalnia" - mówi Leif Ristroph, adiunkt w NYU Courant Institute of Mathematical Sciences kto prowadził badanie.

Pierwsza metoda jest bardziej intuicyjna, ale mniej powszechna.

"To jest używane przez dmuchawy, które widzimy w parkach w lecie", wyjaśnia Ristroph. "Po prostu chodzą, wystarczająco szybko, jak się wydaje, z mydlaną pętlą liny, która zapewnia względny wiatr potrzebny do rozciągnięcia filmu."

Wyniki, opisane w czasopiśmie Physical Review Letters, wskazują na potencjalne zastosowania w produktach konsumenckich, które zawierają bąbelki lub kropelki, takie jak spraye, pianki i emulsje, które są kombinacjami płynów niezmieszanych.

Innymi badaczami byli Lichhit Ganedi, absolwent NYU w czasie pracy, a teraz absolwent Uniwersytetu Carnegie Mellon, Anand Oza, doktor habilitowany w czasie badań, a obecnie profesor w New Jersey Institute of Technology i Michael Shelley, profesor w Courant Institute.

Jako problem fizyczny, dmuchanie baniek jest kwestią tego, w jaki sposób ciekły film - zwykle woda z mydłem - oddziałuje z narzuconym przepływem zewnętrznego płynu, którym jest powietrze w przypadku nadmuchu pęcherzyków. Ta dynamika ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób zwiększyć produkcję przemysłową wielu produktów chemicznych.

Aby przełamać naukę, która wyjaśnia ten proces - tj. Jakie wydarzenia poprzedzają tworzenie się pęcherzyków - naukowcy stworzyli eksperyment, replikując dmuchanie bąbelków, stosując filmy olejowe zawieszone w płynącej wodzie i przepchnięte przez drucianą pętlę z różdżką.

"Praca z wodą zamiast z powietrzem ma wiele zalet pod względem kontrolowania, mierzenia i postrzegania przepływów" - wyjaśnia Ristroph. "To jest sztuczka, dzięki której te eksperymenty są możliwe".

Ich obserwacje eksperymentalne, w połączeniu z przewidywaniami zaczerpniętymi z modeli matematycznych, pozwoliły badaczom zrozumieć siły, które wytworzyły powstałe kształty folii.

Ich odkrycia dostarczają precyzyjnej receptury lub zestawu instrukcji dotyczących wydmuchiwania pęcherzyków, a wraz z nimi powiązanych procesów produkcyjnych.

"Możemy teraz dokładnie powiedzieć, jaka prędkość wiatru jest potrzebna, aby wypchnąć film i spowodować, że powstanie pęcherzyk, i jak ta prędkość zależy od parametrów, takich jak rozmiar różdżki", wyjaśnia Ristroph.

menu
menu