Фізики послухали мильну бульбашку, що лопається

Фізики виміряли звуковий тиск мильних бульбашок за допомогою мікрофонної решітки (безлічі приймачів звуку, що працюють узгоджено) і проаналізували результати за допомогою розкладання акустичного поля по сферичних хвилях. Спираючись на теоретичні основи аероакустики, фізики довели, що звук бульбашки - прямий наслідок стиснення повітря силами поверхневого натягнення мильної плівки. Порівнявши експериментальні дані з результатами моделювання розриву мильної плівки, вони встановили залежність між акустичним профілем сигналу і кількісними параметрами цих моделей. Роботу вчених опубліковано в журналі.

Мильні бульбашки використовують не тільки на дитячих майданчиках. У фізичних лабораторіях інтерес до них анітрохи не менший: фізики вчаться правильно надувати бульбашки, робити їх рекордно великими і розбираються в їх замерзанні. Але, як і кожна дитина, фізики знають, що найцікавіше - не надути міхур, а лопнути його.

Існування мильної бульбашки виявляється можливим завдяки рівності сил, що діють на його оболонку. Тиск повітря всередині нього вище, ніж навколишній його атмосферний тиск, тому внутрішній обсяг повітря намагається розширитися і розірвати мильну плівку, в яку він ув'язнений. Йому протидіє сила поверхневого натягнення: вона стримує повітря всередині бульбашки аналогічно тому, як сили пружності гуми чинять опір розширенню стисненого повітря всередині повітряної кульки. У спокійному повітрі всі сили врівноважують один одного, і коли мильна бульбашка набуває сферичну форму, площа її поверхні виявляється мінімальною.

Як правило, така гармонійна рівновага триває недовго. Навіть якщо зовнішні впливи не встигають пошкодити міхур, він все одно досить швидко лопається. Під дією сили тяжіння шари плівки стікають зверху вниз, через що верхівка міхура стає тоншою з плином часу. Коли її товщина досягає критичного значення, плівка розривається, вивільняючи повітря всередині себе. Не скомпенсована сила поверхневого натягнення продовжує стискати плівку, ще сильніше прискорюючи повітря. Цей процес можна побачити на кадрах високочастотної зйомки або почути: коли бульбашка лопається, вона видає характерний високочастотний хлопок, викликаний перепадом тиску.

Французькі фізики на чолі з Адрієн Буссоннієром (Adrien Bussonn^ ere) поміщали мильні бульбашки об'ємом 1 і 0,5 мілілітра всередину півкруглої антени з восьми п'єзоелектричних і двох широкосмугових мікрофонів, які реєстрували акустичне поле бульбашок, що лопаються. Оцінивши вклади різних типів випромінювання, вчені дійшли висновку, що акустичне поле мильної бульбашки, що лопається, визначає дипольне випромінювання (це тип випромінювання, який виробляють дві близько розташовані один до одного пульсуючі сфери) і далі працювали в цьому напрямку. На основі двох моделей розриву оболонки мильної плівки - квазістатичної і нерівноважної - вчені побудували передбачуваний профіль сигналу і отримали досить хороший збіг з сигналом, отриманим в експерименті.

Своїм дослідженням вчені довели, що опис акустичного випромінювання мильної бульбашки повністю узгоджується з сучасним розумінням динаміки стягування мильної плівки. На їхню думку, цей важливий висновок відкриває дорогу новим акустичним дослідженням процесів з різко змінюваними поверхнями рідин. Можливо, в майбутньому подібна акустична установка зможе доповнювати інформацію, отриману з високошвидкісних камер.

Акустики і раніше не сиділи склавши руки. За допомогою фотоакустичного ефекту вони змогли передати звук у вухо за допомогою лазера, винайти акустичний «притягуючий промінь» і побудувати акустичний ізолятор Черна.