【到底部的泡沫物理】

明道

【到底部的泡沫物理】

 

 

爆裂的氣泡

在美國的研究人員已創建新的數學模型來描述複雜的泡沫泡沫演變 — — 東西已經被證明極其難模型非常不同的長度和時間尺度參與。

其計算的結果密切相匹配的理論模型，以及基於實驗室觀測的泡沫泡沫。

小組希望基本方程可能有各種各樣的應用程式，其中包括説明能夠更好地金屬和塑膠泡沫、 開發輕質崩潰吸水材料，模型等生長的細胞簇生物進程數。

讓人陶醉的數學

泡沫是在我們周圍： 從上一杯卡布奇諾咖啡或洗個泡泡浴肥皂泡沫的啤酒泡沫。

但是，科學家已發現難描述究竟如何這種集群的氣泡合併、 成長和隨時間 — — 他們最終走流行之前更改形狀。

早期嘗試理解的肥皂泡沫結構封裝在"高原的法律"— — 由 19 世紀的比利時物理學家約瑟夫 · 普拉托制定中。

然後開爾文勳爵在 1887 年，其中一個準確的版本終於作出了在實驗室裡在 2012 年由一個小組，在都柏林聖三一學院開發了他的理想的"同等大小的泡沫的發泡的理論。

但一組更常規的方程描述不同的長度和時間尺度的泡沫依然難以捉摸的直到現在。

面臨的挑戰是創建描述泡沫之間的介面是如何移動的數學模型和如何他們"滿足"在複雜的階段。

關鍵階段

現在，詹姆斯 Sethian 和美國加利福尼亞大學的羅伯特 · 薩耶，伯克利已經分居了確定泡沫演變根據不同長度和時間尺度，他們會發生 — — 並已創建大容量泡沫動力學模型的各項程式。

研究人員說的模型準確地描述流體內泡沫是如何移動和如何單個儲存格表格和如何他們路口 （或邊框），重新排列，作為單個氣泡內泡沫爆裂。

為此，Sethian 和薩耶確定三個不同的制度或泡沫演變的階段。

我們發現，並分隔的三個階段 — — 從氣泡膜液體的排水、 排水泡沫的破裂和氣泡內的泡沫 — — 類比系統的宏觀重排解釋了 Sethian。

方程的第一套描述如何液體排水渠從泡沫牆上，由於重力，以便隔離牆最終變得那麼瘦它破裂。

下一組方程解釋路口之間氣泡膜 ； 流動的液體而第三組認為整個泡沫如何重新排列能夠更接近平衡，一項發生在宏觀尺度的議案。

海灘泡沫

Sethian 和薩耶測試其氣泡大小不同的群集上的公式，發現他們可以準確地預測的氣體和液體的這些泡沫材料的相互作用。

他們還制定了第四次允許他們來類比一部電影，如其泡沫重新排列顯示如何輕關閉小泡沫樣本反映出的方程。

研究者們挑一個海灘場景類比，以便他們可以"視覺化，看如何好模型捕獲您會看到現實生活中，同時仍然準確地顯示燈將會如何反映"，正如 Sethian 所解釋。

這些進程所有受到各種因素的影響，包括粘度、 表面張力、 重力和流體動力學的其他條款。

這些因素的一些可以修改在當前模型中，但其他人，如蒸發，當前未包含的可以添加相當容易地研究者。

Sethian 指出花了團隊五天解決使用一台超級電腦來獲得的最精緻的演算法的解決方案的運動方程的完整集。

他說整個數學表述和代碼將提供給有類似類比運行以他們希望的任何應用程式，其中包括工業的無論規模有興趣的人。

雖然很大一部分的這項工作的目的是開發一個基本模型，研究人員聲稱它可能有其他的應用程式。

當它來到生物造型時，Sethian 說方程可以説明您瞭解高度複雜的系統，如儲存格群集增長），可以從正在組織去無組織系統。

他說，這些模型可能有助於"更好地理解如何細胞組合在一起和聚合......，並研究種物理部隊參與 — — 例如儲存格邊界、 流體動力學、 等之間的粘附 — — 以及機制參與細胞群如何從群集的 5 到 10 細胞增長到那些數百至數千的儲存格"。

看看下面的視頻折疊肥皂泡沫群集，顯示與薄膜干涉和使用 Sethian 和薩耶的多尺度模型計算。

這項研究發表在科學.

關於作者

Tushna 軍糧供應是記者physicsworld.com

 

引用：http://translator.live.com/BV.aspx?ref=IE8Activity&a=http%3A%2F%2Fphysicsworld.com%2Fcws%2Farticle%2Fnews%2F2013%2Fmay%2F10%2Fgetting-to-the-bottom-of-foamy-physics