Vad exakt händer när du blåser på en tvålfilm för att göra en bubbla? Bakom den här enkla frågan om en favoritaktivitet i barndomen ligger lite verklig vetenskap, forskare vid New York University har hittat.
I en serie experiment som replikerar bubbelblåsning, NYU:s Applied Math Lab har upptäckt två sätt på vilka bubblor kan göras:en, genom att trycka med en stadig men stark vind på en tvålfilm genom en cirkulär stav, som får den att växa till en bubbla, och två, genom att trycka med en mild vind på en redan uppblåst film för att driva dess fortsatta tillväxt.
"Denna andra metoden kan förklara hur vi ofta blåser bubblor som barn:en snabb bloss böjer filmen utåt och därefter fortsätter filmen att växa även när luftflödet saktar ner, säger Leif Ristroph, en biträdande professor vid NYU:s Courant Institute of Mathematical Sciences som ledde studien.
Den första metoden är mer intuitiv, men mindre vanligt.
"Detta används av bubbelblåsarna vi ser i parker på sommaren, " förklarar Ristroph. "De går helt enkelt, tillräckligt snabbt, det verkar, med en tvålig ögla av rep, som ger den relativa vind som behövs för att sträcka ut filmen."
Resultaten, redovisas i tidskriften Fysiska granskningsbrev , peka på potentiella tillämpningar i konsumentprodukter som innehåller bubblor eller droppar, som sprayer, skum, och emulsioner, som är kombinationer av oblandbara vätskor.
Tidningens andra forskare var Likhit Ganedi, en NYU-student vid tiden för arbetet och nu doktorand vid Carnegie Mellon University, Anand Oza, en postdoktor vid tidpunkten för forskningen och nu professor vid New Jersey Institute of Technology, och Michael Shelley, en professor vid Courant Institute.
Som ett fysikproblem, att blåsa bubblor är en fråga om hur en flytande film - vanligtvis tvålvatten - interagerar med ett påtvingat flöde av en extern vätska, vilket är luft vid bubbelblåsning. Denna dynamik är avgörande för att förstå hur man kan förbättra industriell produktion av många kemiska produkter.
För att bryta ner vetenskapen som förklarar denna process – dvs. vilka händelser föregår bildandet av bubblor – forskarna skapade ett experiment, replikera blåsandet av bubblor, med hjälp av oljefilmer suspenderade i strömmande vatten och trycks genom en trådöglestav.
"Att arbeta med vatten istället för luft har många fördelar när det gäller att kontrollera, mätning, och se flöden, " förklarar Ristroph. "Det här är tricket som gjorde dessa experiment möjliga."
Deras experimentella observationer, kombinerat med förutsägelser från matematiska modeller, tillät forskarna att förstå krafterna som producerade de resulterande filmformerna.
Deras resultat ger ett exakt recept eller en uppsättning instruktioner för hur man blåser bubblor – och med det, relaterade produktionsprocesser.
"Vi kan nu säga exakt vilken vindhastighet som behövs för att trycka ut filmen och få den att bilda en bubbla, och hur denna hastighet beror på parametrar som storleken på staven, " förklarar Ristroph.
