| 类型：原创 | 来源：化学与教学资源研究所 | 作者/推荐人：GY | 点击量：816673 | 时间：2010年6月22日 10:54:11 |
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科学家揭示气泡破灭的物理学过程：《自然》纵是破碎也精美
在事物的表面，气泡的破裂似乎是一个简单的、平淡无奇的事件。在 气泡不是简简单单地就化为乌有了，一个大气泡会消散于一串小气泡中。这一发现可称得上是“爆破”科学领域所取得的一个进步。 灵感来自偶然 论文的主要作者、美国哈佛大学工程与应用科学系的毕业生詹姆斯·伯德及其同事是在偶然的情况下发现这一普遍规律的。他们表示，在洗碗池中的泡沫和海洋中的泡沫破裂的方式其实是完全一样的。 伯德和文章的另一作者、哈佛大学工程与应用科学系前助理研究员洛朗·科尔宾，在一次实验室午夜会议期间激发了研究气泡如何破裂的灵感。当时他们正在研究在不同的表面传播气泡的方法，他们俩注意到了生成的这些小气泡串，于是决定一探究竟。 “自此之后，只要是下雨天，无论任何时候，我都要跑到水坑周围去观察气泡的破灭。”伯德说，“当我在大海中游泳时，我也要对着海水表面的气泡盯会儿，看看能否观察到同样的效果。我很快意识到，这种现象无处不在。” 气泡破灭两部曲 伯德解释说，为了使表面积最小化，一个泡沫在接触到固体或液体界面时会接近于半球形。当这些半球形气泡爆裂时，通过两个步骤创建出一串小气泡。由此产生的小气泡虽早已司空见惯，但这些小气泡串到底是怎样产生的却从未有文献报道过。 伯德认为，气泡的曲面特性在此过程中起着关键的作用，因为这种形状会导致气泡内部压力高于外部。一旦气泡打破平衡（如爆裂），表面张力就会产生一个向内的合力。第一步，气泡收缩时，作用在气泡上的力会引起泡膜罩住自己，因此在圆环面内陷出一个空气气囊。第二步，表面张力将这个气囊破裂成一串更小的气泡，这就像是淋浴头中的细小水流会因表面张力而成为一个个的水滴。 不过，这种级联效应是短暂的，在迄今为止的实验中发生次数不超过两次。最小的气泡不再形成球形帽并重新融入液体，这就是级联的结束。 过程精美而复杂 由于爆裂过程发生得太快，以至于用肉眼根本无法看到。研究小组利用高速摄影机拍摄了气泡的破裂过程。基于观测到的视频，他们构建了一个数学模型来测试和复制他们的实验假设。 气泡破裂背后的物理学过程似乎完全不受气泡材料的影响。研究人员惊奇地发现，在像油这样的粘性液体中仍能观察到小气泡串效应，甚至在粘稠度达至5000倍的水溶液中依然如此。伯德希望继续在熔融玻璃、岩浆和泥浆等更多特异性材料中研究类似的破裂效应。 虽然了解气泡如何破灭也许在近期内无法提供任何实际应用，但研究人员期望，了解如何从较大的气泡创建出小气泡，未来某一天也许可帮助了解各个领域。 “我们为为何会观察到这些小气泡串提供了一个一般性的解释，”论文共同作者、普林斯顿大学机械和宇航工 众所周知，当小气泡在液体表面破裂时，会向上喷射小液滴。这种效应在碳酸汽水中很容易观察和感觉到。以气泡作介导的气雾剂也与健康和气候方面的应用相关。这些液滴可将海洋等大片水域中的、诸如可溶性气体或盐等任何传导性材料传递到空中。 在家中就可一试 “许许多多的尖端科学成果必须利用专门的设备或仪器才能观察到。我之所以热爱此项研究，是因为任何人在他们的厨房里就能看到整体效果，”伯德总结道，“这虽是一个相对简单的效果，但你最终可观察到美丽的图案，得到具有普遍意义的结论。” 尖端科学通常不是任何人就能在居家厨房中就能完成的。但是，在 要尝试做这个实验，你只要将稻草的一头浸入水中，使其沾上肥皂水，然后将其放置在玻璃上，同时吹稻草的另一端，在玻璃上创建出一个约 现在，你只需静静地等着泡沫破裂，如果你等得不耐烦了，也可以用手把它弄破。围着泡沫边缘仔细观察，你就能看到那串美丽的小气泡。 美妙的气泡 学者盖鑫磊 发表于2010-6-19 8:39:30 科学网前几日的新闻：科学家揭示气泡破灭的物理学过程
作者进一步建立了一个清晰的物理模型，来描述这一过程，气泡边缘的形状，以及形成一串，两串还是不形成daughter bubbles，是由两个因子决定的，雷诺数和毛细数
这个研究的思路过程很清晰美妙，而这个气泡的破裂过程应该不仅仅局限于液体中，在熔渣，熔盐，岩浆中这个物理规律可能是共通的，这将带来很多潜在的应用。
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