Физики исследовали звук лопающегося мыльного пузыря - фото

28 марта 2020 | 06:00

Французские физики измерили звуковое давление лопающихся мыльных пузырей. Для этого им понадобилась микрофонная решетка. Исследователи доказали, что звук лопающегося пузыря — прямое следствие сжатия воздуха силами поверхностного натяжения мыльной пленки.

Им удалось установить зависимость между акустическим профилем сигнала и количественными параметрами этих моделей.

Об этом сообщает Physical Review Letters.

Ученые считают, что существование мыльного пузыря оказывается возможным благодаря равенству сил, действующих на его оболочку.

"Давление воздуха внутри него выше, чем окружающее его атмосферное давление, поэтому внутренний объем воздуха старается расшириться и разорвать мыльную пленку, в которую он заключен. Ему противодействует сила поверхностного натяжения. Она сдерживает воздух внутри пузыря аналогично тому, как силы упругости резины сопротивляются расширению сжатого воздуха внутри воздушного шарика. В спокойном воздухе все силы уравновешивают друг друга, и когда мыльный пузырь обретает сферическую форму, площадь его поверхности оказывается минимальной", - пишут исследователи.

Гармоничное равновесие продолжается недолго, пузырь, все равно довольно быстро лопается.

"Под действием силы притяжения слои пленки стекают сверху вниз, из-за чего верхушка пузыря становится тоньше с течением времени. Когда ее толщина достигает критического значения, пленка разрывается, высвобождая воздух внутри себя. Не скомпенсированная сила поверхностного натяжения продолжает сжимать пленку, еще сильнее ускоряя воздух. Этот процесс можно увидеть на кадрах высокочастотной съемки или услышать: когда пузырь лопается, он издает характерный высокочастотный хлопок, вызванный перепадом давления", - описывают эксперимент ученые.

Группа экспериментаторов во главе с Адриен Буссонниером помещали мыльные пузыри объемом 1 и 0,5 миллилитра внутрь полукруглой антенны из восьми пьезоэлектрических и двух широкополосных микрофонов, которые регистрировали акустическое поле лопающихся пузырей.

На основе двух моделей разрыва оболочки мыльной пленки — квазистатической и неравновесной — исследователи построили предполагаемый профиль сигнала и получили довольно хорошее совпадение с сигналом, полученным в эксперименте. 

Таким образом, они доказали, что описание акустического излучения лопающегося мыльного пузыря полностью согласуется с современным пониманием динамики стягивания мыльной пленки. Вывод открывает дорогу новым акустическим исследованиям процессов с резко изменяющимися поверхностями жидкостей.

Ранее сообщалось, что ученые Университета Кембриджа в Великобритании смогли подтвердить ошибочность некоторых разновидностей теории струн, которые предсказывали существование гипотетических частиц аксионов с определенными характеристиками.