一支數(shù)學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)出了可以吹出完美的肥皂泡的最精確的程序，而且這不僅僅是為了娛樂和嬉戲。其中的機(jī)理可以用到改良商業(yè)噴霧和泡沫的工業(yè)生產(chǎn)中，例如剃須膏或Reddi-Wip——幾乎任何涉及液滴或泡沫的產(chǎn)品。

泡泡長期以來一直就是嚴(yán)肅的科學(xué)研究對象。早在19世紀(jì)，比利時(shí)物理學(xué)家Joseph Plateau概述了四種基本的表面張力定律，它們決定了肥皂膜的結(jié)構(gòu)。表面張力是氣泡呈圓形的原因；對于給定的體積，該形狀具有最小的表面積，因此它需要最少的能量來維持。(當(dāng)重力在一個被稱為粗化的過程中向下拉扯液體時(shí)，形狀看起來更像是一個足球而不是完美的球體。)美國的植物學(xué)家Edwin Matzke在20世紀(jì)40年代在實(shí)驗(yàn)室中手工制造泡泡，一個接一個，為了便于檢查它們的結(jié)構(gòu)。

更近一點(diǎn)的，愛爾蘭數(shù)學(xué)家在1994年使用計(jì)算機(jī)建模來確定可用于最有效填充的最佳幾何形狀的氣泡，而其他科學(xué)家則使用強(qiáng)大的聲波來懸浮在半空中的泡泡。2006年，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在發(fā)泡劑混合物中添加微小的膠體顆粒就會產(chǎn)生一種涂層或盔甲，使泡泡更穩(wěn)當(dāng)堅(jiān)固，可以隨意重塑和模塑。甚至可以在體內(nèi)構(gòu)建基于微流體泡沫的邏輯設(shè)備來運(yùn)輸治療藥物或化學(xué)試劑。

完美地吹泡泡

就在兩年前，法國物理學(xué)家建立了一個理論模型，用于確定在空氣吹肥皂泡時(shí)，泡泡的形成機(jī)制。他們用三英尺長的加重釣魚線來測試他們的模型。他們先把釣魚線折成兩段，并攏在一起，然后小心翼翼地將肥皂溶液(Dawn洗潔精溶解在普通自來水中)滴到魚線上，這樣受液體張力影響，兩段魚線貼的更加緊密。輕輕分開并在一起的魚線，兩段之間就形成了薄薄的肥皂膜。然后，他們用鼓風(fēng)機(jī)向肥皂膜送風(fēng)，用高速攝像機(jī)拍攝泡泡形成的過程。

“我們現(xiàn)在可以準(zhǔn)確地說出制造泡泡所需的風(fēng)速。”

結(jié)果：需要一定的空氣流動速度才能形成泡泡，而具體的下限風(fēng)速又取決于空氣射流的寬度。如果射流較寬，則形成泡泡的風(fēng)速閾值較低，并且這些泡泡將大于較窄的射流產(chǎn)生的泡泡。

在《物理評論快報(bào)》的一篇新論文中，紐約大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)學(xué)家根據(jù)與肥皂薄膜類似的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)整了完美泡泡的訣竅。 “我們現(xiàn)在可以確切地說出鼓出肥皂膜并使其形成泡泡所需的風(fēng)速，以及這種速度如何被工具大小等參數(shù)制約。”共同作者Leif Ristroph說。

答案是：你想要一個周長1.5英寸的圓形工具，你應(yīng)該以6.9厘米/秒的速度輕輕地吹。以更高的速度吹，氣泡會破裂。使用更小或更大的工具，或者泡泡會變小，或者根本不會形成泡泡。

Ristroph和他的同事們還發(fā)現(xiàn)，你可以在肥皂膜上用強(qiáng)勁，穩(wěn)定的吹風(fēng)，或者在肥皂膜上輕輕地吹一陣，然后減慢但不要停止吹風(fēng)。后者是大多數(shù)孩子吹泡泡的方式，而第一種方法是街頭表演者在城市公園或科學(xué)示范中所青睞的方法。 Ristroph說：“他們用繩索環(huán)繞成吹泡泡的工具，用足夠快的速度走路，空氣的相對運(yùn)動提供鼓出肥皂薄膜所需的風(fēng)力?！?/p>

本文譯自 arstechnica，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。