Антибульбашка
Антибульбашка — крапля рідини, оточена тонкою плівкою газу[1], на відміну від звичайної бульбашки, яка є газовою кулею, оточеною рідиною. Антибульбашки утворюються, коли рідина падає або турбулентно втікає в ту саму чи іншу рідину. Вони можуть ковзати поверхнею рідини або бути повністю зануреними в рідину.
Загальна інформація[ред. | ред. код]
Антибульбашки є поширеним, але маловідомим явищем, частково через їхню схожість з бульбашками повітря, а частково через їхній нетривалий час життя[2]. Їхній час життя може бути сильно подовжено за допомогою певних мильних розчинів[3].
Антибульбашки можна створити, наприклад, дозволивши воді з крана капати в ємність з водою, до якої додано одну або дві краплі мила[4]. Однак сформувати антибульбашки, виявляється, досить важко, і це вимагає ретельного підбору всіх параметрів системи[5][6]. Мило зменшує поверхневий натяг води й дозволяє повітряному шару, що оточує краплю, існувати довше, ніж частку секунди. Оскільки антибульбашки можна створювати в домашніх умовах, вони привернули увагу науково-популярних журналів[7][8].
Подібно до того, як мильні бульбашки з повітрям усередині та повітрям зовні мають негативну плавучість і прагнуть опускатися до землі, так і антибульбашки з водою всередині та повітрям зовні мають позитивну плавучість і прагнуть підніматися до поверхні води. Але знову ж таки, як мильні бульбашки можна наповнити легшим газом, щоб надати їм позитивну плавучість, так і антибульбашки можна наповнити важчою рідиною, щоб надати їм негативну плавучість. Запускаючи краплі цукрового розчину у мильну воду за допомогою соломинки для пиття, можна отримати антибульбашки, які тонуть.
Антибульбашки зазвичай лопаються, коли вони торкаються дна або стінки посудини. Цьому можна запобігти, якщо додати кілька чайних ложок цукру в мильну воду і дати йому трохи часу, щоб він розчинився (але не перемішувати). Це призведе до щільнішого шару цукрової води на дні ємності. Антибульбашки, наповнені цукровим розчином, будуть опускатись у воді та зупинятись на щільнішому придонному шарі. Антибульбашки, зроблені таким чином, можуть існувати кілька хвилин.
За звичайних обставин антибульбашки недовговічні. Якщо звичайна бульбашка може проіснувати кілька хвилин, то антибульбашки часто мають час життя кілька секунд або менше. Антибульбашки з часом життя десятки годин можуть бути створені шляхом адсорбції колоїдних частинок на межі розділу повітря-вода антибульбашки.
Антибульбашки заломлюють світло іншим способом, ніж бульбашки повітря. Оскільки вони являють собою краплі води, світло, що потрапляє в них, заломлюється назад до свого джерела так само, як утворюється веселка. Через це заломлення антибульбашки мають яскравий вигляд.
Потенційне використання антибульбашок[ред. | ред. код]
Якщо вдається стабілізувати антибульбашки, то їх можна використовувати для утворення довготривалої піни — антипіни. Можливе використання антипіни як мастила або використання тонких каналів рідини в антипіні як фільтра для повітря чи інших газів.
Самі антибульбашки можуть бути використані для хімічних процесів, таких як видалення забруднюючих речовин з димової труби.
Досліджується можливість доставки ліків у тілі пацієнта в антибульбашках[9].
Час життя[ред. | ред. код]
Тривалість життя антибульбашки на поверхні води може бути подовжена, якщо вода під нею вібрує[10]. Такі антибульбашки були запропоновані як модель квантово-механічної поведінки[11]. Ще один спосіб збільшити час життя антибульбашок — застосувати так звану стабілізацію Пікерінга[12].
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ IUTAM Symposium on Waves in Liquid/Gas and Liquid/Vapour Two-Phase Systems: Proceedings of the IUTAM Symposium held in Kyoto, Japan, 9–13 May 1994 (англ.). Heidelberg: Springer. 2012. ISBN 9789401100571.
- ↑ Dorbolo S, Caps H, Vandewalle N (2003). Fluid instabilities in the birth and death of antibubbles. New Journal of Physics. 5 (1): 161. Bibcode:2003NJPh....5..161D. doi:10.1088/1367-2630/5/1/161.
- ↑ Het Panhuis M, Hutzler S, Weaire D, Phelan R (1998). New variations on the soap film experiments of Plateau I: experiments under forced drainage. Philosophical Magazine B. 78 (1): 1—12. Bibcode:1998PMagB..78....1I. doi:10.1080/13642819808206722.
- ↑ Creating antibubbles with ultrasound. IEEE Ultrasonics Symposium, 2005. Т. 2. 2005. с. 977—980. doi:10.1109/ULTSYM.2005.1603013. ISBN 0-7803-9382-1.
- ↑ Kim PG, Stone HA (2008). Dynamics of the formation of antibubbles. Europhysics Letters. 83 (5): 54001. Bibcode:2008EL.....8354001K. doi:10.1209/0295-5075/83/54001.
- ↑ Tufaile A, Sartotelli JC (2002). Bubble and spherical air shell formation dynamics. Physical Review E. 66 (5): 056204. Bibcode:2002PhRvE..66e6204T. doi:10.1103/PhysRevE.66.056204. PMID 12513583.
- ↑ Weiss P (2004). The rise of antibubbles: odd soggy bubbles finally get some respect. Science News. 165 (20): 311—312. doi:10.2307/4015222. JSTOR 4015222.
- ↑ Stong CL (1974). Curious bubbles in which a gas encloses a liquid instead of the other way around. Scientific American. 230 (4): 116—120. doi:10.1038/scientificamerican0474-116.
- ↑ Kotopoulis S, Lam C, Haugse R, Snipstad S, Murvold E, Jouleh T, Berg S, Hansen R, Popa M, Mc Cormack E, Gilja OH, Poortinga A (2022). Formulation and characterisation of drug-loaded antibubbles for image-guided and ultrasound-triggered drug delivery. Ultrasonics Sonochemistry. 85: 105986. doi:10.1016/j.ultsonch.2022.105986. PMC 8967728. PMID 35358937.
- ↑ Drops on Drops on Drops
- ↑ Hydrodynamic quantum analogs. Архів оригіналу за 14 березня 2017. Процитовано 27 лютого 2014.
- ↑ Poortinga A (2011). Long-lived antibubbles: stable antibubbles through Pickering stabilization. Langmuir. 27 (6): 2138—2141. doi:10.1021/la1048419. PMID 21250742.
Література[ред. | ред. код]
- Павлов-Веревкин Б. С. Мыльные антипузыри. Химия и жизнь, № 11, 1966.
- Гегузин Я. Е. Пузыри — М.: Наука, 1985.
- Зайцева А. Антипузыри. Наука и жизнь, № 12, 2004.
- Семиков С. Про каплю на воздушной подушке. Наука и жизнь, № 8, 2005.
- Семиков С. Мыльные пузыри в науке. Инженер, № 4, 2007.
- Dorbolo S., Caps H., Vandewalle N. Fluid instabilities in the birth and death of antibubbles : [англ.] // New Journal of Physics : journal. — 2003. — Vol. 5, № Dec. 22. — С. 161. — Bibcode: 2003NJPh....5..161D. — DOI:10.1088/1367-2630/5/1/161.
- Het Panhuis M., Hutzler S., Weaire D., Phelan R. New variations on the soap film experiments of Plateau I: Experiments under forced drainage : [англ.] // Philosophical Magazine B : journal. — 1998. — Vol. 78, № July 1. — С. 1—12. — Bibcode: 1998PMagB..78....1P. — DOI:10.1080/014186398258320.
- Kim P. G., Stone H. A. Dynamics of the formation of antibubbles : [англ.] // Europhysics Letters[en] : journal. — 2008. — Vol. 83, № 5. — С. 54001. — Bibcode: 2008EL…..8354001K. — DOI:10.1209/0295-5075/83/54001.
- Postema M., de Jong N., Schmitz G., van Wamel A. Creating antibubbles with ultrasound : [] // Proc IEEE Ultrason Symp. — 2005. — С. 977—980.
- Tufaile A., Sartotelli J. C. Bubble and spherical air shell formation dynamics : [англ.] // Physical Review E : journal. — 2002. — Vol. 66, № November. — С. 056204. — Bibcode: 2002PhRvE..66e6204T. — DOI:10.1103/PhysRevE.66.056204.
- Weiss P. The rise of antibubbles : [англ.] // Science News : magazine. — 2004. — Vol. 165, № 20 (15 May). — С. 311—312. — DOI:10.2307/4015222. — JSTOR 4015222.
- Poortinga A. Long-lived antibubbles: stable antibubbles through Pickering stabilization : [англ.] // Langmuir : journal. — 2011. — Vol. 27 (20 January). — С. 2138—2141. — DOI:10.1021/la1048419.