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流体力学发现灵感来自街头表演者制作巨大的肥皂泡

时间：2021-09-17 08:52:40 来源：

埃默里物理学家Justin Burton，留下的实验与埃默里大学的巨型肥皂泡的实验与研究生斯蒂芬·弗雷泽，他们在5月份收到了埃默里的硕士。

由街头表演者启发的研究使巨大的肥皂泡导致流体力学的发现：在溶液中混合不同的分子尺寸的聚合物增加了薄膜在不破裂的情况下延伸的能力。

期刊物理评论流体公布了埃默里大学物理学家研究结果。这些结果可能导致通过工业管道和流河流和河流中污染泡沫的清除来改善油脂流动的过程。

结果也对后院泡沫吹气爱好者持有影响。

“这项研究肯定将乐趣融为基础科学，”埃默里大学和纸质高级作者物理学副教授Justin Burton说。

流体动力学是伯顿实验室的焦点之一。“流体动力学的过程在视觉上美丽，他们的星球到处都是从液滴的形成和分手到飞机的空气动力学和世界海洋的深海倾覆的泡沫，”他说。

虽然伯顿几年前是在巴塞罗那参加巴塞罗那，但他碰巧看到街头表演者使用SOAP解决方案和厚厚的棉串制作巨大的气泡。“这些泡沫围绕呼啦圈的直径，并且长度长，”他回忆道。“他们也很漂亮，颜色从红色变为绿色，在他们的表面上变成了蓝色的色调。”

他解释说，这种彩虹效应表明，薄膜的厚度与光的波长相当，或者只是几微米。

观看性能引发了Burton的思想中的物理问题：这种显微镜薄膜怎么可能在没有分手的情况下保持其完整性？他开始在他的后院和他的实验室中调查。

正如伯顿研究泡沫食谱，他遇到了肥皂泡维基，一个在线，开源项目。维基指出，它旨在通过对肥皂泡制作食谱和成分的民间传说分离的事实来帮助“泡沫”创造“完美泡沫”。

除水和洗碗液外，肥皂泡维基配方通常包括聚合物 - 由重复分子的长链组成的物质。食谱中最常见的聚合物是天然瓜尔，用作一些食品中的添加剂，或在一些药物中使用的润滑剂，用作添加剂。由维基推荐为指导，博顿进行了实验室实验以及毕业的两个学生共同作者：斯蒂芬·弗雷泽在5月份收到了硕士的物理学，是第一作者，本科金蒂江本科。

“我们基本上开始制作泡沫并弹出它们，并记录了该过程的速度和动态，”伯顿说。“在最暴力时刻的液体上专注于流体可以告诉你它的潜在物理。”

肥皂薄膜吸收红外线，因此研究人员将其闪耀着气泡来测量薄膜的厚度。它们还测量了它们在泡色谱中使用的不同聚合物的分子量。并且它们让重力拉出喷嘴的各种肥皂膜的液滴，以测量液体螺纹可以在喷嘴和液滴之间伸展的长度。

结果表明，聚合物是制备巨泡的关键成分。长纤维状的聚合物使气泡使得气泡流动平滑地流动，而不会进一步弹出。

“聚合物股缠绕着，像毛球一样，形成不想分开的股线，”伯顿解释道。“在合适的组合中，聚合物允许肥皂膜达到”甜点“，这是粘性的，但也没有弹性 - 只是它撕裂的那么强烈。”

工作确认了许多专家“泡沫器”已经pd out - 良好的巨型肥皂泡配方应包括聚合物。

“我们做了物理来解释为什么和聚合物如何以及如何使流体薄膜延伸到100平方米而不会破碎，”伯顿说。

物理学家还发现，改变聚合物的分子尺寸有助于加强皂膜。发现的发现发生了。

研究人员在该项目上工作了一年多，并储存了他们购买的一些PEO的集装箱。他们意识到，与首次购买时使用的容器的聚乙二醇相比，从大约六个月的容器中产生的peo产生更强的肥皂泡膜。在调查后，他们意识到老化PEO中的聚合物随着时间的推移而降解，改变了分子链的长度。

“不同尺寸的聚合物比单尺寸的聚合物更缠绕，加强薄膜的弹性，”伯顿说。“这是一个基本的物理发现。”

理解液体和薄膜如何应对压力，伯顿说，可能会导致一系列应用。

“与所有基本研究一样，你必须遵循你的直觉和心脏，”伯顿说他的肥皂泡奥德赛。“有时你的泡泡会变得突发，但在这种情况下，我们发现了有趣的东西。”

该工作得到了国家科学基金会材料研究司的支持。