[Vloeistofmechanica] de fysica achter een zeepbel

[trudo]

M'n broer was daarnet zeepbellen aan het blazen. Je weet wel, met zo'n potje en met een ring voor te blazen.

Dan vraag ik me af welke fysica erachter zit.

Misschien gaat het beter als ik specifieke vragen stel:

1 Welke krachten spelen een rol?

2 Waarom is deze zeepbel bolvormig?

3 Waarom is het scheidingsvlak tussen twee samenklittende bellen écht een vlak?

4 Waarom spat een bel uiteen als het iets aanraakt?

[Jan van de Velde]

1 Welke krachten spelen een rol?

oppervlaktespanning in een drielagig systeem, zeep-water-zeep

2 Waarom is deze zeepbel bolvormig?

geringste oppervlak voor het omsloten volume, dus geringste spanning

3 Waarom is het scheidingsvlak tussen twee samenklittende bellen écht een vlak?

De kortste weg tussen twee punten is een rechte lijn. Het kleinste vlak tussen twee lijnen is een plat vlak. En als je verstand van wiskunde hebt (Fermatt en zo geloof ik) en je dompelt van ijzerdraad gemaakte geometrische figuren in bubbeltjeswater, dan zie je die wiskunde in de praktijk.



4 Waarom spat een bel uiteen als het iets aanraakt?

een bel spat niet uiteen volgens mij, want de krachten werken niet naar buiten maar naar binnen. Als er een gat in een bel komt, dan krommen de zeepmoleculen om de waterlaag heen, als het ware om de wond in die waterlaag te dichten. Omdat het zeepwater naar een minimale oppervlakte toe wil, kan het dat nu doen door het gat op te rekken. Dat gat wordt dan steeds groter totdat er weinig over is dan één druppel met alle vloeistof. Dat wil dus zeggen dat alle zeepwater op één punt afvliegt (theoretisch recht tegenover het voormalige gaatje in de voormalige bel). Alle moleculen vliegen dus met grote snelheid naar dat ene punt, botsen op elkaar, en stuiteren van elkaar terug, waarbij de spetters in het rond vliegen( ** ). Misschien (weet niet) krijgen hoeveelheidjes zeepwater in hun gekromde baan naar die uiteindelijke druppel ook al zo'n grote snelheid dat ze onderweg al "uit de bocht vliegen" en dat spettereffect veroorzaken.

Ik heb al eens eerder gegoogled op soap bubbles physics en nog zowat termen, er zitten enige topics over, o.a. in het huiswerkforum met leuke links, en internet staat vol met wetenswaardigheden. Fysici houden van speeltjes.......

** Een beetje als een vacuumgetrokken glazen fles die je een tikje geeft: de fles IMplodeert. De scherven vliegen eerst op elkaar af met grote snelheid, stuiteren dan op elkaar en vliegen alle kanten op. Gevaarlijker dan EXploderende flessen, maar ik weet zo gauw niet meer precies uit te leggen waarom.

[Sybke]

3 Waarom is het scheidingsvlak tussen twee samenklittende bellen écht een vlak?

De kortste weg tussen twee punten is een rechte lijn. Het kleinste vlak tussen twee lijnen is een plat vlak. En als je verstand van wiskunde hebt (Fermatt en zo geloof ik) en je dompelt van ijzerdraad gemaakte geometrische figuren in bubbeltjeswater, dan zie je die wiskunde in de praktijk.

Waarom kan de druk in twee samenklittende zeepbellen niet verschillen van elkaar zodat het tussenvlak bol gaat staan?

[Jan van de Velde]

Waarom kan de druk in twee samenklittende zeepbellen niet verschillen van elkaar zodat het tussenvlak bol gaat staan?

we gaan dieper. Dat tussenvlak gaat bol staan indien:

- De bellen niet van dezelfde (concentratie) vloeistof zijn, waardoor de ene bel sterker samentrekt dan de andere.

- De ene bel een dikkere wand heeft dan de andere.

- De ene bel groter is dan de andere. De grootste spanning staat op de kleinste bel, bijgevolg zal in de kleinste bel ook de grootste druk heersen. Dan is het gezamenlijke vlak niet meer vlak, maar bol, gericht naar het binnenste van de grootste bel.

dus jawel hoor, die druk kan verschillen.

[Brinx]

De luchtdruk in een zeepbel is toch een fractie hoger dan de luchtdruk erbuiten? De binnendruk wordt immers tegengewerkt door de buitendruk + de spanning van het zeepvlies. Als je een gat in een zeepbel prikt lijkt me dan ook dat de randen van het gat 'scheuren' doordat er wat lucht naar buiten puft, en dar daardoor de bel uiteen valt in snel samentrekkende flarden vlies (die zich dus samentrekken tot druppels). Dit lijkt me echter slechts logisch, en ik heb geen beeldmateriaal van een zeepbel die doorgeprikt wordt in slow-motion. Dat lijkt me wel leuk om te zien, trouwens!

[Sybke]

Een vraag die mij laats gesteld werd... Een grote en een kleine zeepbel zitten aan weerszijde van een bellenblaasring. Het tussenvlak breekt. Wat gebeurt er?

1) De kleine zeepbel wordt kleiner en de grote groter

2) De kleine zeepbel wordt groter en de grote kleiner totdat ze even groot zijn

3) Er gebeurt niets, de zeepbellen blijven even groot

[Jan van de Velde]

Brinx schreef:

De luchtdruk in een zeepbel is toch een fractie hoger dan de luchtdruk erbuiten? De binnendruk wordt immers tegengewerkt door de buitendruk + de spanning van het zeepvlies. Als je een gat in een zeepbel prikt lijkt me dan ook dat de randen van het gat 'scheuren' doordat er wat lucht naar buiten puft, en dat daardoor de bel uiteen

Ik kan er zo gauw geen bewijzen voor vinden helaas. Maar volgens wat ik mij herinner verwar je hier oorzaak en gevolg. De luchtdruk in de bel is hoger dan buiten als gevolg van de spanning in dat vlies. Zolang dat vlies zich aan het gat kan vasthouden (je prikt een rietje door de bel en maakt de verbinding door eht rietje open) dan loopt de bel gewoon leeg. Maar als de watermoleculen rond het gat zich niet meer ergens aan vast kunnen houden trekken ze naar elkaar toe, het gat groter makend.

Misschien herinner ik het me verkeerd. Tot nader order vind ik het een logische verklaring. Waarom zou de lucht zeepwaterflarden gaan wegduwen als het veel makkelijker door een open gat weg kan? En de vloeistoffilm rond het zeepbelrestant wordt dikker en daardoor sterker.

En ik zou er ook graag een vertraagde opname van zien.