ریاضی دانان فرمولی برای حباب سازی یافتند

احتمالا همه ما در دوران کودکی لذت فوق العاده دمیدن در دستگاه حباب سازی و مشاهده پرواز حباب های ساخته شده از یک لایه نازک آب و صابون را تجربه کرده ایم. تشکیل این حباب ها از نگاه کودکان بیشتر شبیه جادوگری است؛ اما در دنیای بزرگسالان نیز اطلاعات زیادی درباره نحوه تشکیل و عملکرد آنها در دست نیست.

به گزارش ایرنا از پایگاه خبری پاپیولر ساینس، گروهی از ریاضیدانان دانشگاه نیویورک به سراغ حل این مساله رفته و تلاش کردند پرده از اسرار شکل گیری این حباب ها بردارند. البته ماجرا این طور نیست که آنها ناگهان تصمیم گرفته باشند پژوهشی را در زمینه ساخت حباب های بزرگ و یا پرورش نسل جدید اساتید حباب سازی انجام دهند!

به گفته لیف رستروف یکی از همکاران این پروژه تحقیقاتی، انگیزه پژوهشگران در این مطالعه تمایل به یادگیری بیشتر درباره برهمکنش ساختاری سیالات بود. این تعاملات شامل رخدادهایی است که وقتی یک شی (در اینجا شی ساخته شده از یک فیلم مایع) تحت تاثیر تغییرات یک سیال جاری دیگر (در اینجا جریان هوای ناشی از دمیدن) قرار می گیرد، رخ می دهند.

به دلیل دشواری اندازه گیری، کنترل و مشاهده حباب ها در هوا، محققان تصمیم گرفتند این تحقیقات را درون آب انجام دهند. بنابراین به جای مایع شوینده از روغن و به جای جریان هوای حاصل از دمیدن، از جریان آب برای ساخت حباب ها استفاده کردند. در این تحقیق دو راهکار برای ایجاد حباب شناسایی شد که یکی استفاده از جریان مستمر و سریع هوا برای ایجاد فشار ایرودینامیک و غلبه بر کشش سطحی فیلم و تبدیل آن به حباب است. در این حالت باید جریان هوا ثابت باشد تا فیلم را به شکل یک حباب کامل درآورد.

دمیدن جریان هوا روی یک حباب موجود است تا آن را از حلقه جدا کند. در این حالت باید از یک جریان تند استفاده شود. سرعت ایده آل جریان هوا به اندازه حباب مورد نظر بستگی دارد.

براین اساس محققان فرمولی را توسعه دادند که سرعت مناسب جریان هوا را برای ساخت یک حباب کامل محاسبه می کند. در این فرمول سرعت هوا بر اساس کشش سطحی در فصل مشترک دو سیال، چگالی سیال دمیده شده و شعاع حلقه تولید حباب محاسبه می شود.

بر اساس این فرمول، برای ساخت حباب های بزرگتر باید سرعت سیال دمیده شده، کمتر باشد. همچنین هرچه اندازه فیلم بزرگتر باشد، تبدیل آن به حباب ساده تر است.

با وجود این که تحقیقات با استفاده از فیلم روغنی درون آب انجام گرفت، نتیجه آن را می توان به هرنوع سیالی که قابلیت تبدیل شدن به یک فیلم نازک درون یک گاز یا مایع دیگر را دارد، قابل تعمیم است.

به اعتقاد محققان، نتایج این تحقیقات راه را برای تولید ترکیبات امولسیون و فوم های صنعتی و تجاری با استفاده از روش های کارآمدتر هموار می کند.

گزارش کامل این تحقیقات در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.

منبع:بیتوته