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物理学家吹了一个号称“永恒的气泡” 维持了465天

据国外媒体报道,在近期的一项研究中,科学家使一个气泡保持了惊人的465天,创造了此类物体的世界纪录。

吹肥皂泡是一件能让大人和小孩都感到开心的事情,也许是因为这些泡泡本质上是短暂的,几秒钟,最多几分钟后就会破裂。根据近期发表在《物理评论-流体》(Physical
Review
Fluids)杂志上的一篇新论文,法国物理学家已经成功地用塑料颗粒、甘油和水创造了近乎“永恒的气泡”,其中保持时间最长的气泡达到了465天。

长期以来,气泡是物理学家们十分感兴趣的课题。

2018年,美国纽约大学应用数学实验室的数学家们利用很薄的皂膜进行了一系列实验,确定了吹出完美气泡的方法。他们得出的结论是,最好使用周长为3.8厘米的吹制环,并以稳定的的速度(6.9厘米/秒)轻轻吹气。如果吹气速度更高,气泡就会破裂;如果用更小或更大的吹制环,气泡也会很快破裂。

科学家们对延长气泡的寿命也十分感兴趣。

然而,在标准大气中,大多数气泡在几分钟内就会破裂。随着时间的推移,重力的作用逐渐使液体向下流动,与此同时,液体成分也会慢慢蒸发。随着液体量的减少,气泡的“壁”会变得非常薄,泡沫中的小气泡逐渐结合成大气泡。这两种效应的结合称为“粗化”。添加某种表面活性剂可以加强将气泡隔开的液体薄膜壁,从而防止表面张力崩溃。但最终,泡沫仍会不可避免地破裂。

于是,法国里尔大学的艾默里克·鲁克斯及其同事用三种不同的气泡做实验:标准的肥皂泡、用水制成的气体弹珠,以及用水和甘油制成的气体弹珠。鲁克斯等人将塑料颗粒撒在水浴槽的表面,使其形成一个颗粒筏。然后,研究人员用注射器在颗粒筏下方注入少量空气,形成气泡;然后用一根勺子推动这些气泡,直到每个气泡的整个表面都覆盖上塑料颗粒。

标准的肥皂泡在一分钟左右就破裂了,但鲁克斯等人发现,塑料颗粒涂层显著中和了水基气体弹珠的排水过程;这些弹珠要经过6到60分钟才会坍塌。为了进一步延长寿命,研究人员还需要中和水分蒸发的过程。

因此,他们在水中加入了甘油。研究作者称,甘油有高浓度的羟基,而羟基又与水分子有很强的亲和力,可以形成很强的氢键。所以,甘油能从空气中吸收更多的水分,从而补偿气泡水分的蒸发。水/甘油气体弹珠的持续时间明显更长,达到5周至465天,这使研究人员能够调整水和甘油的最佳比例,最终获得制造长寿命气体弹珠的完美配方。

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