کاوش در دنیای شگفت انگیز حباب ها
حتما شما هم هنگام شستن دست‌هایتان با صابون یا ریختن نوشابه درون یک لیوان، متوجه حباب‌های ریزی که ایجاد می‌شود، شده‌اید. با این که حباب و کف در جنبه‌های مختلفی از زندگی روزمره ما حضور دارند، اما تهیه یک مدل علمی برای پیش‌بینی رفتار پیچیده این پدیده، همیشه جزو چالش‌های دانشمندان فعال در این حوزه بوده است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
بتازگی دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، موفق به ایجاد یک مدل ریاضی شدند که می تواند نحوه شکل گیری، تغییر شکل و در نهایت ترکیدن حباب ها را پیش بینی کند. این دانشمندان با مطالعه حباب های ایجاد شده از ترکیب آب و صابون توانستند به این معادلات دست یابند.
یکی از دلایل اهمیت مطالعه و پیش بینی رفتار حباب ها به دلیل کاربرد آن در تولید برخی مواد شیمیایی مانند مواد مورد استفاده در آتش نشانی است که کف و حباب زیادی دارند.
یکی از دلایل دشواری ایجاد یک مدل ریاضیاتی از یک توده حباب این است که این حباب ها در یک مجموعه کنار یکدیگر هستند و دیواره های مشترکی دارند.
اثرات مختلف فیزیکی وارد شده بر این مجموعه سبب پیچیدگی بیش از حد آن شده و به همین دلیل تعیین رفتار دقیق آن در قالب یک مدل ریاضیاتی بسیار دشوار می شود. همچنین برهمکنش های مختلف بین حباب های موجود در یک مجموعه بر دشواری این مدل سازی می افزاید.
این دانشمند برای بررسی رفتار حباب ها، نخست سه مرحله اصلی در آن یعنی: بازآرایی موقعیت حباب ها، ته نشین شدن مایع موجود از طریق دیواره نازک حباب ها و در نهایت نازک شدن بیش از حد دیواره حباب را که به ترکیدن آن می انجامد، شناسایی کردند.
این پژوهشگران مدل خود را روی تود ه های مختلفی از حباب صابون با حجم های متفاوت مورد آزمون قرار دادند و به نتیجه رسیدند که این مدل می تواند رفتار و حرکت آن توده را به دقت پیش بینی کند. در واقع سه متغیر کلیدی در معادلات تعیین رفتار حباب ها عبارتند از: تعداد حباب ها، ماده استفاده شده برای تولید آن و در نهایت گرانروی (ویسکوزیته) این مایع. حباب با به دام افتادن هوا در مایع ایجاد می شود.
اندازه و دوام حباب های تولید شده، ارتباط مستقیمی با یکی از ویژگی های همه سیالات یعنی کشش سطحی آنها دارد. کشش سطحی نوعی ویژگی در میان انواع سیالات است که سبب می شود برخی حشرات بتوانند روی آب راه بروند و در آن فرو نروند.
وقتی آب از شیرآب آشپزخانه شما خارج می شود، دارای مقداری حباب بسیار ریز است که بسرعت هم از بین می روند. از آنجا که کشش سطحی آب بسیار زیاد است، دیواره این حباب ها بسیار نازک می شود و در نتیجه خیلی سریع می ترکند.
برخی مواد آلی به محض اضافه شدن به آب سبب کاهش کشش سطحی آن شده و همین موضوع سبب افزایش پایداری حباب های تولیدی می شود. صابون و مایع ظرفشویی از جمله این مواد هستند. به همین دلیل است که کف های ایجاد شده از آب صابون یا ترکیب مایع ظرفشویی با آب بزرگ تر از حباب های ایجاد شده حاصل از جریان آب در شیرآب آشپزخانه شماست.
دانشمندان امیدوارند این معادلات جدید، آنها را در درک رفتار کف های ناپایدار که در آنها عوامل زیادی از جمله گرانش، سبب ته نشین شدن مایع از طریق دیواره ها و در نتیجه ترکیدن آنها می شود، کمک کند. پژوهشگران همچنین امیدوارند این معادلات بتواند راه را برای بررسی حباب های ریز ناپایداری که تعادل فیزیکی چندانی ندارد، هموار سازد.
livescience
