Пузырь (физика)

Пузырьки воздуха при появлении человека на поверхности в бассейне. Пузыри газа в безалкогольном напитке Пузырь газа в грязевой ванне Пузырь газа в смоляной яме Замороженный пузырь Человек надувает пузырь

A пузырь представляет собой глобулу одного вещества в другом, обычно газ в жидкости. Благодаря эффекту Марангони пузырьки могут оставаться неповрежденными, когда достигают поверхности погружаемого вещества.

• 1 Общие примеры
• 2 Физика и химия
  • 2.1 Внешний вид
  • 2.2 Приложения
  • 2.3 Пульсация
• 3 Физиология и медицина
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

Пузырьки встречаются во многих местах повседневной жизни, например:

• как спонтанное зародышеобразование перенасыщенного углекислого газа в безалкогольных напитках
• As водяной пар в кипящей воде
• As воздух, смешанный с перемешиваемой водой, например, под водопадом
• Как морская пена
• Как мыльный пузырь
• Как выделяется в химических реакциях, например, пищевая сода + уксус
• В виде газа, заключенного в стекло в процессе производства
• В качестве индикатора на спиртовом уровне

Пузыри образуются и сливаются в шарообразные формы, потому что эти формы более низкое энергетическое состояние. Для получения информации о физике и химии, лежащих в основе этого, см. зародышеобразование.

Внешний вид

Пузырьки видны, потому что у них показатель преломления (RI), чем у окружающего вещества. Например, RI воздуха составляет примерно 1.0003, а RI воды составляет примерно 1,333. Закон Снеллиуса описывает, как электромагнитные волны меняют направление на границе между двумя средами с разным ИК-диапазоном; таким образом, пузырьки могут быть идентифицированы по сопутствующему преломлению и внутреннему отражению, даже если и погруженная, и погружающая среда прозрачны.

Приведенное выше объяснение справедливо только для пузырьков одной среды, погруженных в другую среду (например, пузырьки газа в безалкогольном напитке); объем мембранного пузыря (например, мыльного пузыря) не будет сильно искажать свет, и можно увидеть только мембранный пузырь из-за дифракции на тонкой пленке и отражения.

Приложения

Зарождение ядра может быть вызвано намеренно, например, для создания пузырьковой диаграммы в твердом теле.

В медицинской ультразвуковой визуализации для усиления контраста используются маленькие инкапсулированные пузырьки, называемые контрастным веществом.

При термической струйной печати пузырьки пара используются в качестве исполнительных механизмов. Иногда они используются в других приложениях микрофлюидики в качестве исполнительных механизмов.

Сильный схлопывание пузырьков (кавитация ) возле твердых поверхностей и возникающая в результате падающая струя составляют механизм, используемый в ультразвуковая чистка. Тот же эффект, но в большем масштабе, используется в сфокусированном энергетическом оружии, таком как базука и торпеда. Креветки-пистолеты также используют в качестве оружия схлопывающийся кавитационный пузырь. Тот же эффект используется для лечения камней в почках в литотриптере. Морские млекопитающие, такие как дельфины и киты, используют пузыри для развлечения или в качестве инструментов охоты. Аэраторы вызывают растворение газа в жидкости путем впрыскивания пузырьков.

Химическая промышленность и металлургия инженеры полагаются на пузырьки в таких операциях, как дистилляция, абсорбция, флотация и распылительная сушка. Сложные процессы часто требуют учета масс и теплопередачи и моделируются с помощью гидродинамики.

крот-звездонос и американская водная землеройка чувствуют запах под водой. быстро дыша через ноздри и создавая пузырь.

Пульсация

Когда пузырьки нарушаются (например, когда пузырь газа вводится под водой), стенка колеблется. Хотя он часто визуально маскируется гораздо большими деформациями формы, компонент колебания изменяет объем пузырька (т.е. это пульсация), которая, в отсутствие внешнего звукового поля, возникает на собственной частоте пузырька.. Пульсация является наиболее важным компонентом колебаний с акустической точки зрения, потому что, изменяя объем газа, он изменяет его давление и приводит к излучению звука с собственной частотой пузырька. Для пузырьков воздуха в воде большие пузырьки (незначительное поверхностное натяжение и теплопроводность ) испытывают адиабатические пульсации, что означает, что тепло не передается от жидкости к газ или наоборот. Собственная частота таких пузырей определяется уравнением:

$f\; 0\; =\; 1\; 2\; \pi \; R\; 0\; 3\; \gamma \; p\; 0\; \rho \; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\}\; =\; \{1\; \backslash \; over\; 2\; \backslash \; pi\; R\_\; \{0\}\}\; \{\backslash \; sqrt\; \{3\; \backslash \; gamma\; p\_\; \{0\}\; \backslash \; over\; \backslash \; rho\}\}\}$

где:

• $\gamma \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; gamma\}$- удельный коэффициент теплоемкости газ
• $R\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; R\_\; \{0\}\}$- установившееся состояние радиус
• $p\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{0\}\}$давление в установившемся режиме
• $\rho \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\}$- масса плотность окружающей жидкости

Для пузырьков воздуха в воде более мелкие пузырьки испытывают изотермические пульсации. Соответствующее уравнение для небольших пузырьков поверхностного натяжения σ (и пренебрежимо малой жидкости вязкости ):

$f\; 0\; =\; 1\; 2\; \pi \; R\; 0\; 3\; p\; 0\; \rho \; +\; 4\; \sigma \; \rho \; R\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; f\_\; \{0\; \}\; =\; \{1\; \backslash \; over\; 2\; \backslash \; pi\; R\_\; \{0\}\}\; \{\backslash \; sqrt\; \{\{3p\_\; \{0\}\; \backslash \; over\; \backslash \; rho\}\; +\; \{4\; \backslash \; sigma\; \backslash \; over\; \backslash \; rho\; R\_\; \{0\}\}\}\}\}$

Возбужденные пузыри находящиеся в ловушке под водой являются основным источником жидких звуков, например, внутри наших суставов во время трескания суставов, и когда дождь капля ударяется о поверхность воды.

Повреждение в результате образования пузырей и роста в тканях тела является механизмом декомпрессионной болезни, которая возникает, когда перенасыщенные растворенные инертные газы выходят из раствора в виде пузырьков во время декомпрессия. Повреждение может быть вызвано механической деформацией тканей из-за роста пузырьков на месте или блокированием кровеносных сосудов там, где пузырек застрял.

Артериальная газовая эмболия может возникнуть, когда газовый пузырь попадает в систему кровообращения и застревает в кровеносном сосуде, который слишком мал для его прохождения при имеющейся разнице давлений. Это может произойти в результате декомпрессии после гипербарического воздействия, чрезмерного расширения легких, во время внутривенного введения жидкости или во время хирургического вмешательства.

Викискладе есть материалы, связанные с Пузыри.

• Сонолюминесценция
• Слияние пузырьков
• Подводная акустика
• Резонанс Миннарта
• Antibubble

1. ^Subramanian, R Шанкар; Баласубраманиам, Р. (2001-04-09). Движение пузырьков и капель в условиях пониженной гравитации. Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521496056.
2. ^R. Дж. Дийкинк, Дж. П. ван дер Деннен, К. Д. Ол, А. Просперетти, «Акустический гребешок»: исполнительный механизм с пузырьковым приводом, J. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)
3. ^Вебер; и другие. (1978). Пузыри, капли и частицы. Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-44580-9.
4. ^Роксана Хамси. «Звездоносный крот может обнюхивать под водой, видео раскрывают».
5. ^Миннарт, Марсель, О музыкальных пузырьках воздуха и звуках текущей воды, Фил. Mag. 16, 235-248 (1933).
6. ^ Лейтон, Тимоти Г., Акустический пузырь (Academic, Лондон, 1994).
7. ^Chandran Suja, V.; Баракат, А. И. (29.03.2018). «Математическая модель звуков, производимых костяшками пальцев». Научные отчеты. 8 (1): 4600. Bibcode : 2018NatSR... 8.4600C. DOI : 10.1038 / s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.
8. ^Просперетти, Андреа; Огуз, Хасан Н. (1993). «Воздействие капель на жидкие поверхности и шум дождя под водой». Ежегодный обзор гидромеханики. 25 : 577–602. Bibcode : 1993AnRFM..25..577P. doi : 10.1146 / annurev.fl.25.010193.003045.
9. ^Рэнкин, Райан К. (июнь 2005 г.). "Резонанс пузыря". Физика мыльных пузырей, антипузырьков и прочего. Проверено 9 декабря 2006 г.