Mọi người đều yêu thích những viên bong bóng, không phụ thuộc vào độ tuổi—càng lớn càng tốt. Nhưng để thổi ra những viên bong bóng thực sự lớn, có quy mô kỷ lục thế giới đòi hỏi một hỗn hợp bong bóng rất chính xác. Các nhà vật lý đã xác định rằng một thành phần chính là sự kết hợp các polymer có độ dài chuỗi khác nhau, theo một nghiên cứu mới đăng trên Physical Review Fluids. Điều này tạo ra một lớp phim xà phòng có khả năng căng đủ mỏng để tạo ra một viên bong bóng khổng lồ mà không bị vỡ.
Bong bóng có vẻ là thứ vô nghĩa, nhưng có một số vật lý phức tạp ẩn sau đó, và do đó, nghiên cứu về chúng đã lâu trở thành khoa học nghiêm túc. Trong những năm 1800, nhà vật lý người Bỉ Joseph Plateau đã đề ra bốn quy luật cơ bản về căng bề mặt quyết định cấu trúc của các lớp phim xà phòng. Căng bề mặt là lý do tại sao bong bóng có hình tròn; hình dạng đó có diện tích bề mặt ít nhất cho một thể tích cho trước, do đó nó yêu cầu ít năng lượng nhất để duy trì. Theo thời gian, hình dạng đó sẽ bắt đầu trở nên giống như một quả bóng bóng đá hơn là một hình cầu hoàn hảo, khi trọng lực kéo chất lỏng xuống (gọi là "gian lận").
Nghiên cứu về bong bóng và bọt vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi. Ví dụ, vào năm 2016, các nhà vật lý người Pháp đã xây dựng một mô hình lý thuyết cho cơ chế chính xác của cách bong bóng xà phòng hình thành khi chùm khí đập vào một lớp phim xà phòng. Họ phát hiện ra rằng bong bóng chỉ hình thành ở trên một tốc độ khí nhất định, phụ thuộc vào độ rộng của chùm khí. Nếu chùm khí rộng, sẽ có một ngưỡng dưới để tạo ra bong bóng, và những bong bóng đó sẽ lớn hơn so với những viên bong bóng được tạo ra bởi chùm khí hẹp hơn, có ngưỡng tốc độ cao hơn. Đó là điều diễn ra, từ góc độ vật lý, khi chúng ta thổi bong bóng qua một chiếc vòng ở cuối cây gậy nhựa nhỏ: chùm khí hình thành ở môi của chúng ta và rộng hơn so với lớp phim xà phòng treo lơ lửng trong chiếc vòng.
Vào năm 2018, chúng tôi đã đưa tin về cách các nhà toán học tại Phòng Thực hành Toán ứng dụng của Đại học New York đã điều chỉnh phương pháp thổi bong bóng hoàn hảo thậm chí còn hơn dựa trên các thí nghiệm tương tự với các lớp phim xà phòng mỏng. Họ kết luận rằng việc sử dụng một cây gậy tròn với chu vi 1,5 inch và thổi nhẹ với tốc độ ổn định 6,9 cm/s là tốt nhất. Thổi ở tốc độ cao và bong bóng sẽ nổ. Sử dụng một cây gậy nhỏ hơn hoặc lớn hơn, và điều đó sẽ xảy ra.
Nhưng còn việc thổi bong bóng khổng lồ hoặc lớp phim xà phòng dài và mảnh có thể trải dài qua hai tầng? Justin Burton, cộng tác viên của bài báo mới nhất và nhà vật lý tại Đại học Emory chuyên sâu về động lực học chất lỏng, đầu tiên đã trở nên hứng thú với chủ đề này tại một hội nghị ở Barcelona. Anh thấy những người biểu diễn đường phố tạo ra những viên bong bóng khổng lồ có đường kính khoảng bằng một vòng hula và dài như một chiếc ô tô.
Anh ta đặc biệt ấn tượng bởi dải màu cầu vồng thay đổi trên bề mặt của bong bóng. Hiệu ứng này xuất hiện do các mô hình can thiệp được tạo ra khi ánh sáng phản xạ từ hai bề mặt của lớp phim. Đối với Burton, điều này cũng là một dấu hiệu cho thấy độ dày của xà phòng chỉ là vài micron, tương đương với bước sóng của ánh sáng. Anh ta ngạc nhiên khi một lớp phim xà phòng có thể duy trì được khi bị căng mỏng thành một viên bong bóng khổng lồ và bắt đầu thực hiện các thí nghiệm của mình, cả trong phòng thí nghiệm và sân sau nhà mình.
Trong khi đọc Wiki Bong Bóng Xà Phòng có sẵn, anh ta nhận thấy rằng hầu hết các công thức ưa thích cho dung dịch tạo bong bóng đều bao gồm một polymer—thường là guar tự nhiên (một chất làm đặc thực phẩm phổ biến) hoặc một chất bôi trơn y tế (polyethylene glycol).
Sử dụng những công thức đó như một hướng dẫn, "Chúng tôi basically bắt đầu tạo bong bóng và nổ chúng, và ghi lại tốc độ và động học của quá trình đó," Burton nói. "Tập trung vào một chất lỏng trong những khoảnh khắc mạnh mẽ nhất có thể cho bạn rất nhiều thông tin về vật lý cơ bản của nó."
Mục tiêu cuối cùng là xác định tỷ lệ hoàn hảo cho hỗn hợp tạo bong bóng để tạo ra những viên bong bóng khổng lồ: một cái gì đó có độ co giãn một chút, nhưng không quá nhiều, nơi chất lỏng chảy một chút, nhưng không quá nhiều—nói cách khác, 'Goldilocks' của các hỗn hợp tạo bong bóng.
Như Lissie Connors viết tại Physics Buzz:
Trong thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các hỗn hợp khác nhau của nước, xà phòng và polymer dài để tạo bong bóng. Thật không may, việc thổi một viên bong bóng có thể chứa 100 m3 không phải là cách sử dụng không gian phòng thí nghiệm hiệu quả và khá khó để đo lường chính xác, vì vậy các lớp phim xà phòng được tạo ra bằng cách sử dụng dây cotton và độ dày được đo bằng ánh sáng hồng ngoại. Ngoài việc đo độ dày, họ cũng theo dõi thời gian sống của mỗi lớp phim.
Burton và đội ngũ của anh ta kết luận rằng các sợi polymer là chìa khóa để tạo ra bong bóng khổng lồ, xác nhận sự hiểu biết chung trực tuyến. "Các sợi polymer trở nên rối bời, giống như một cuộn tóc, tạo ra các sợi dài mà không muốn tách rời," Burton nói. "Trong sự kết hợp đúng, polymer cho phép một lớp phim xà phòng đạt được một 'điểm ngọt' có độ nhớt nhưng cũng co giãn—chỉ là không co giãn quá nhiều để rách ra."
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc biến đổi độ dài của các sợi polymer dẫn đến một lớp phim xà phòng chắc chắn hơn. "Các polymer có kích thước khác nhau trở nên rối bời hơn so với các polymer có kích thước đơn, tăng cường tính đàn hồi của lớp phim," Burton nói. "Đó là một khám phá vật lý cơ bản."
Dưới đây là công thức tạo bong bóng khổng lồ của Burton. Nhưng hãy cảnh báo trước: Có một số yếu tố không thể kiểm soát được trong môi trường thực tế (so với môi trường phòng thí nghiệm của Burton), chẳng hạn như độ ẩm.
DOI: Physical Review Fluids, 2020. 10.1103/PhysRevFluids.5.013304 (Về DOIs).
Nguyên Liệu
1 lít nước (khoảng 2 pinte)
50 mililit Dawn Professional Detergent (a little over 3 muỗng canh)
2–3 gam bột guar, chất làm đặc thực phẩm (khoảng 1/2 muỗng cà phê)
50 mililit cồn sát trùng (a little more than 3 muỗng canh)
2 gam bột nở (khoảng 1/2 muỗng cà phê)
Hướng dẫn
Hòa bột guar với cồn và khuấy đều cho đến khi không còn bột nổi lên.
Trộn dung dịch cồn/guar với nước và khuấy nhẹ nhàng trong 10 phút. Để nó ngồi một chút để bột guar hấp thụ nước. Sau đó, khuấy lại. Nước sẽ đặc chút, giống như súp nghệ hoặc gelatin chưa đông.
Thêm bột nở và khuấy đều.
Thêm Detergent Dawn Professional và khuấy nhẹ nhàng, để tránh làm cho hỗn hợp tạo bọt.
Đặt một cái que to bong bóng với một sợi dây sợi vào hỗn hợp cho đến khi nó được hoàn toàn ngâm và từ từ kéo sợi ra. Lắc nhẹ que hoặc thổi nhẹ để tạo ra những bong bóng xà phòng khổng lồ.
Bài viết gốc xuất hiện trên Ars Technica.
- Bên trong SpinLaunch, bí mật tốt nhất của ngành công nghiệp không gian
- CollegeHumor đã giúp định hình nghệ thuật hài trực tuyến. Điều gì đã xảy ra?
- Bên trong cuộc chiến của Chính phủ với Huawei
- Đồng hồ 10.000 năm là sự lãng phí thời gian
- Các công cụ an toàn mới đang làm tăng giá bảo hiểm ô tô
- 👁 Lịch sử bí mật của nhận diện khuôn mặt. Ngoài ra, tin tức mới nhất về Trí tuệ nhân tạo
- 📱 Lưỡng lự giữa những chiếc điện thoại mới nhất? Đừng lo lắng—xem hướng dẫn mua iPhone và điện thoại Android yêu thích của chúng tôi