Warum ziehen sich zwei auf der Wasseroberfläche schwimmende Blasen an?

Zwei identische Blasen, die auf der Wasseroberfläche schwimmen, bilden gemäß dem "Cheerio-Effekt" Klumpen. Aber was ist das Detail an der Kraft? Es ist notwendig, die Form der Wasseroberfläche zu berechnen, um die Kraft zu finden?

Eine intuitive Erklärung liegt in der Idee, dass (sofern ich mich nicht irre) die Anziehung aus der Tatsache resultiert, dass die Verbindung der Blasen zu einer Verringerung der effektiven Oberfläche des Systems führt, wodurch die gesamte Oberflächenspannungsenergie minimiert wird. Betrachtet man den Prozess als kontinuierliche Verformung vom Anfangszustand zum Endzustand, so ist die treibende Kraft hinter dem Prozess diese Minimierung der Oberflächenenergie. Was das Finden einer explizit geschlossenen Form für die Kraft angeht, stelle ich mir vor, dass es etwas kompliziert sein könnte.
Ich bin nicht davon überzeugt, dass sie sich gegenseitig "anziehen". Wenn sie zusammenstoßen, neigen sie dazu, sich zu verbinden und einen Zustand niedrigerer Energie zu bilden.

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Vella und Mahadevan erklären den Effekt wie folgt:

Der Einfachheit halber betrachten wir den letzteren Fall als schematisch in Abb. 2 dargestellt, obwohl die Erklärung für die Anhäufung vieler Blasen ähnlich ist. Hier wird die Luft-Wasser-Grenzfläche durch das Vorhandensein der Wand erheblich verzerrt, der wohlbekannte Meniskuseffekt, und da die Blase schwimmfähig ist, gibt es eine Netto-Aufwärtskraft aufgrund der Schwerkraft Fg auf die Blase. Da sie jedoch gezwungen ist, an der Grenzfläche zu liegen, kann die Blase nicht einfach vertikal aufsteigen, sondern tut stattdessen das Nächstbeste, indem sie sich entlang des Meniskus nach oben bewegt. [.........] Eine einzelne Blase verformt die Grenzfläche ebenso wie das Vorhandensein einer Wand, wenn auch aus einem anderen Grund und in geringerem Ausmaß. Im Fall der Blase kann sie nur an der Grenzfläche verbleiben, weil die Auftriebskraft, die die Blase aus der Flüssigkeit herausdrückt, wird durch die Oberflächenspannungskraft ausgeglichen, die der Verformung der Grenzfläche entgegenwirkt und somit dazu dient, die Blase in der Flüssigkeit zu halten. Diese beiden konkurrierenden Effekte erreichen einen Kompromiss, bei dem sich die Blase teilweise außerhalb der Flüssigkeit befindet, aber die Grenzfläche leicht deformiert ist. Diese Verformung ist ausreichend stark, um andere Blasen in der Nähe zu beeinflussen, die sich entlang des Meniskus nach oben bewegen und so spontan aggregieren.

Abbildung 2 erhalten von Vella und Mahadevan

Sie liefern auch eine Antwort auf die Wechselwirkungskraft zwischen zwei Teilchen mit einem Radius R :

F ( l ) = − 2 π R B 5 / 2 Σ 2 K 1 ( l L c )

Mit Bondnummer B = R 2 L c 2 , L c = γ / ρ g , Σ ein dimensionsloser Archimedes-Gewichtsparameter und K 1 eine Bessel-Funktion erster Ordnung.

Weitere Informationen finden Sie im Papier.

Blasen ziehen sich nicht nur an der Wasseroberfläche an, sondern auch unter Wasser unter der Oberfläche. Blasen ziehen sich an, weil sie Ultraschallwellen aussenden/erzeugen, was zum Bjerknes-Anziehungsphänomen führt. Lesen Sie „The Acoustic Bubble“ von Timothy Leighton. Gerald Pollacks „Die vierte Phase des Wassers“ liefert auch einige gute Informationen, aber im Grunde ziehen sich Blasen wegen mechanischer Ultraschallschwingungen an.

Warum ziehen sich zwei auf der Wasseroberfläche schwimmende Blasen an?
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