molpit
Login:
Password:
remember
PIT00541 Вечные Пузыри и Плёнки

Мыльные пузыри по своей сути хрупки и эфемерны. В зависимости от их состава и окружающей среды разрыв пузырьков может быть вызван гравитационным дренажом и/или испарением жидкости и/или наличием газовых ядер. Они также могут сжиматься из-за диффузии внутреннего газа во внешнюю атмосферу, вызванной избыточным давлением Лапласа. В препринте [1] и статье [2] созданы пузыри из композитной жидкой пленки, способной нейтрализовать все эти эффекты и сохранять свою целостность более 1 года в стандартной атмосфере. Для ясности приведём пару рисунков из препринта (что разрешено!).

figure1 (298Кб)
Рис.1. Сравнение времени жизни трех типов пузырей а) Мыльный пузырь, лопнувший через 1 мин. б) Твёрдый водяной газовый пузырь, покрытый частично смачивающими микрочастицами, разрыв оболочки которых происходит через 6 мин и полное высыхание через 9 мин. Пунктирная линия используется в качестве ориентира для визуализации открытия пузырьков, а синяя краска — для визуализации высыхания жидкости. c) Твердый водно-глицериновый газовый пузырь абсолютно не повреждён в стандартной атмосфере через 9 месяцев (285 дней). Этот пузырь сохранял свою целостность более года (465 дней) [Примечание авторов]. Как видно на рис.2, оболочка твердого водяного газового пузыря после высыхания разрушается, как куча песка, в то время как оболочка пузыря из воды и глицерина все еще остается жидкой и сферической и реагирует как жидкая пленка при проколе.

{Примечание авторов} Обратите внимание, что наш самый старый пузырь лопнул через 465 дней. Мы полагаем, что этот разрыв можно объяснить развитием «жизни» в нашем пузыре, поскольку пузырьки стали слегка зелеными в течение последнего месяца, что неудивительно, поскольку (i) пузырь состоит из воды и глицерина, что является благоприятным среду для развития грибков и бактерий и (ii) мы не приняли никаких мер предосторожности, чтобы избежать загрязнения пузырька живыми организмами.

figure2 (381Кб)
Рис.2. (а) Вид сбоку твердого водно-газового шара, естественным образом разрушающегося через несколько десятков минут. (b) Вид сверху и (c) вид сбоку двух одномесячных водно-глицериновых газовых шариков (исходное массовое отношение глицерина \omega_{g0} = 0,60), проколотых иглой.

Желающим повторить эксперименты надо обратить внимание, что твердые частички на поверхности шариков состоят из полиамида-11 (или нейлона-11), который представляет собой биопластик и является членом семейства нейлоновых полимеров, получаемых полимеризацией 11-аминоундекановой кислоты. Это конструкционный полиамид с повышенной эластичностью и очень низкой плотностью среди полиамидов (1,04 г/см^3).

Авторы препринта заканчивают письмо словами: «В идеале эту работу следовало бы завершить исследованием большого набора параметров влияния состава оболочки и окружающей атмосферы на устойчивость пузырька. Наконец, остается загадочный вопрос: исчезает ли со временем избыточное давление Лапласа внутри пузыря, и если да, то как пузырь сохраняет свою форму и размер? В настоящее время мы пытаемся дать убедительный ответ на этот вопрос».

Так что читайте препринт дальше, разбирайтесь в красивой работе и создавайте собственные затейливые конструкции из воды и газа. В помощь вам полезные ссылки из реферируемого препринта [1]!

1. {Roux2021pr} Roux, Aymeric, Alexis Duchesne, and Michael Baudoin. Bubbles and liquid films resisting drainage, evaporation and nuclei-induced bursting (Пузырьки и жидкие пленки, препятствующие осушению, испарению и разрыву пузырьков) // Preprint arXiv 2103.15637 (2021); [v1] Mon, 29 Mar 2021; [v2] Mon, 31 Jan 2022. doi 10.48550/arXiv.2103.15637

2. {Roux2022} Roux, Aymeric, Alexis Duchesne, and Michael Baudoin. Everlasting bubbles and liquid films resisting drainage, evaporation, and nuclei-induced bursting (Вечные пузырьки и жидкие пленки, устойчивые к дренажу, испарению и разрыву пузырьков) // Physical Review Fluids 7 (1), L011601 (2022). doi 10.1103/PhysRevFluids.7.L011601

Peter Belobrov 19 Sep 2022 13:26
© International Open Laboratory for Advanced Science and Technology — MOLPIT, 2009–2022