Was ist die Physik hinter einer Seifenblase?

Eine Blase wird, solange sie noch existiert, durch drei Faktoren ausgeglichen:
1) Oberflächenspannung des Seifenwassers.
2) Innendruck , der durch die Luft innerhalb der Blase auf die Oberfläche ausgeübt wird.
3) Atmosphärischer Druck.

Wenn eine dieser Kräfte unausgeglichen ist, ist eine Kraft größer als die anderen und dies führt dazu, dass die Blase platzt.

Wenn Sie darüber sprechen, warum platzen sie in der Praxis? Nun, die Oberfläche der Blase besteht aus Seifenwasser. Seife ist leichter als Wasser. Wenn Sie also eine Blase erzeugen, wird das Wasser aufgrund der Schwerkraft zum Boden der Blase gezogen und drückt die Seife nach oben. Die Oberflächenspannung von Wasser ist höher als die von Seife, daher wird der obere Teil der Blase schwächer, je mehr Seife sich oben konzentriert. Bald wird der Innendruck ausreichen, um die Blase zu brechen und sie zum Platzen zu bringen.

Ein weiterer Grund ist, dass das Wasser verdunstet und eine konzentriertere Seifenlösung zurückbleibt, die – wie oben erwähnt – eine geringere Oberflächenspannung hat.

Eine Blase verhält sich immer nach den Prinzipien der „Blasendynamik“. Diese werden durch die Rayleigh-Plesset-Gleichung geregelt . Wie von @mikhailcazi beschrieben;

Eine Blase, solange sie noch existiert, wird durch drei Faktoren ausgeglichen:

1) Oberflächenspannung des Seifenwassers.

2) Innendruck, der durch die Luft innerhalb der Blase auf die Oberfläche ausgeübt wird.

3) Atmosphärischer Druck.

Die 3 Drücke sind integraler Bestandteil des Verhaltens der Blase. Allerdings platzt die Blase nicht sofort, wenn der Innendruck steigt ( Brennen erklärt das hervorragend). Es gibt auch Phänomene wie Blasenwachstum und -kollaps. Sie könnten sich damit befassen, wenn Sie die Seifenblase im Detail studieren und dafür den Lagrange-Ansatz verwenden möchten. Einige Annahmen für die Rayleigh-Plesset-Gleichung, die Sie sich merken müssen:

1. Es wird angenommen, dass die Blase während ihrer gesamten Lebensdauer kugelförmig ist
2. Es wird angenommen, dass die Stoffübertragung durch die Blasenwand vernachlässigbar ist. Es gibt viele andere zur Wärmeübertragung, aber diese reichen für den einfachen Seifenblasenfall aus, den Sie benötigen.

Und um deine Frage zu beantworten;

Welcher strömungsdynamische Prozess läuft beim Platzen einer Seifenblase ab?

Es sind im Grunde die Druckschwankungen, die innerhalb der Blase aufgrund der äußeren (Umgebungs-) Druckschwankungen auftreten. Die Oberflächenspannungskraft passt sich durch die Änderung des Radius an, die aufgrund der Expansion/Kontraktion der Blase auftritt; und gleicht die Drücke aus, bis der Seifenfilm zu dünn wird.

Frage Nummer 1: Eine Seifenblase ist schwarz, wenn sie platzt, warum?

Antwort: Wenn eine Seifenblase platzt, sieht sie aufgrund destruktiver Interferenz schwarz aus. Wenn eine Blase platzt,

1. Seine Dicke wird vernachlässigbar, dh Dicke ≈ 0, und
2. Die Bedingung für destruktive Interferenz ist erfüllt. $$2nt = m\lambda,\tag1$$ Wo$n$ist der Brechungsindex von Wasser,$m$ist die Ordnung eines dunklen Randes,$\lambda$ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts und$t$ist die Dicke der Filme. Also wann$t = 0$Und$m = 0$Wir erhalten den dunklen Rand erster Ordnung aufgrund destruktiver Interferenz. Daher verhält sich eine Seifenblase wie ein dünner Film, und wenn sie platzt, sieht sie aufgrund destruktiver Interferenz schwarz aus.

Wenn Sie sich Zeitlupe ansehen, werden Sie feststellen, dass das Platzen einer Seifenblase eine Art Kettenreaktion ist. Ich würde vermuten, dass das Blasensystem möglicherweise nicht in der Lage ist, einen niedrigeren Energiezustand zu erreichen, indem es Energie an die Umgebung abgibt. Eine Reaktion führt also zu einer kleinen Energiefreisetzung, macht aber Platz für mehr Energiefreisetzungen als Kettenprozess. dann wird das Blasensystem typischerweise zusammenbrechen.