Warum nimmt eine Blase eine Kugelform an?

Aufsteigende Luftblasen in einer Flüssigkeit sind oft alles andere als kugelförmig.

Diese Blasen haben willkürliche Formen, weil sie aufsteigen und weil sie mit anderen Blasen in der Nähe interagieren. Die Kombination aus Widerstand, Turbulenz und gegenseitigen Wechselwirkungen verhindert, dass diese Blasen eine schöne, einfache Kugelform annehmen.

Hier ist eine eher nicht kugelförmige Seifenblase in Riesengröße:

Die extreme Größe der Blase und die Schwerkraft verhindern, dass die Blase eine schöne, einfache Kugelform annimmt.

Sie fragen wahrscheinlich nach Blasen wie dieser:

Diese Blase ist isoliert, ist mehr oder weniger stationär, hat mehr oder weniger die gleiche Dichte wie die umgebende Luft, ist nicht so groß und lebt lange genug, um sich zu dieser fast kugelförmigen Form zu entspannen.

Warum eine Kugel? Eine Kugel ist die einzigartige geometrische Form, die den Oberflächenbereich bei einem Objekt mit festem Volumen minimiert. Der Grund, warum dies die bevorzugte Form ist, ist die Entropie. Die Minimierung der Oberfläche minimiert die potentielle Energie der Blase und dies wiederum maximiert die Entropie. Siehe Warum versucht ein System, potentielle Energie zu minimieren? für Details.

Zur Erklärung nehme ich an, Sie meinen eine Gasblase in einer Flüssigkeit*.

David Hammen nennt einige Bedingungen dafür, dass eine Blase kugelförmig ist, tatsächlich könnte man diese alle wie folgt zusammenfassen: Damit eine Blase kugelförmig ist, muss die Oberflächenspannung andere Kräfte (pro Längeneinheit) dominieren.

Wenn die Oberflächenspannung tatsächlich dominant ist, dann wird der Druck in der Gasblase im Wesentlichen durch den Laplace- Drucksprung über die Blasengrenzfläche bestimmt,$\Delta P_c$. Dieser Druck besteht aus zwei Termen: der Oberflächenspannung zwischen Gas und Flüssigkeit,$\gamma$und die lokale Krümmung der Grenzfläche,$\kappa$, die normalerweise als Summe der Inversen zweier Hauptkrümmungsradien wie folgt geschrieben wird:

Wenn wir nach einer Gleichgewichtssituation suchen, suchen wir immer noch in dem Fall, in dem die Oberflächenspannung dominiert, nach einer Situation, in der der Druck in der Blase überall gleich ist. Wenn das nicht der Fall ist, bekommen wir einen Fluss von einem Ort zum anderen. Das bedeutet, dass wir nach einer Situation suchen, in der$\Delta P_c$auf der gesamten Grenzfläche der Blase konstant ist. Das kann nur passieren, wenn$\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\right)$ist über die gesamte Grenzfläche konstant, dh konstante mittlere Krümmung . Eine Kugel ist die einzige geschlossene Form, bei der dies der Fall ist, was erklärt, warum sich eine Gasblase ohne andere Kräfte zu einer Kugelform entwickelt.

*Die Logik gilt auch für die Seifenblasen in den anderen Antworten, aber Seifenblasen sind tatsächlich etwas komplizierter

Was Ihnen an einer Kugel auffallen wird, ist, dass sie symmetrisch ist. sehr symmetrisch. Egal wie man es dreht, es sieht immer gleich aus. Die Oberflächenspannung zieht die Oberfläche der Blase in eine Form, die über die gesamte Blase eine gleichmäßige Oberflächenspannung aufweist. Die Form mit gleichmäßiger Oberflächenspannung ist eine Kugel. eine Kugel hat die kleinstmögliche Oberfläche für eine geschlossene Form. Somit ist die Blase am dicksten und zähesten, wenn die Form, die sie bildet, eine Kugel ist.

_{(Quelle: bubbles.org )}