Замерзаючі мильні бульбашки отримали фізичне пояснення.
Фізики із США експериментально досліджували замерзання мильних бульбашок, виділили два основних сценарії замерзання і пояснили їх теоретично.
Як передає НАРОДНА ПРАВДА, про це йдеться в статті, опублікованій в Nature Communications.
Якщо мильний міхур оточений холодним повітрям, то вода в стінці починає замерзати, але її кристалики не залишаються на місці, а йдуть у бік за рахунок ефекту Марагони. Ефектом Марагони (в честь описав його італійського фізика) називають течія, що виникає із-за різниці сил поверхневого натягу — воно розтягує кристалики льоду, і міхур починає замерзати одночасно в декількох місцях. У морозильній камері з температурою -25 ℃ міхур замерз і охолов до температури навколишнього середовища менше, ніж за півхвилини: визначити це вдалося за допомогою показує температуру предметів тепловізора.
Як показав аналіз вчених, в основному потоки виникають за рахунок теплового ефекту Маранґоні, тобто рідина переміщається за рахунок тепла, яке вивільняється при замерзанні розчину близько підкладки. Іншими потоками, які могли би виникнути за рахунок перепаду концентрацій розчину, зміни кривизни поверхні або спливання нагрітої рідини, можна знехтувати. Крім того, вчені відзначають, що зростання окремих кристаликів льоду, рознесених по поверхні міхура, зводиться до широко відомої задачі Стефана, яка описує замерзання переохолодженої рідини.
Інший випадок, який вивчили фізики — замерзання при кімнатній температурі повітря і контакті з холодною поверхнею. Взявши елемент Пельтьє (напівпровідниковий прилад, який при пропущенні струму з однією з сторін сильно охолоджується), вчені побачили, як стінка міхура починає повільно замерзати в місці контакту з холодом і потім поступово перетворюється в лід цілком. Замерзання проходило за рахунок теплопровідності стінок, і це виявився набагато менш стрімкий процес: навіть невеликий, близько сантиметра в діаметрі, міхур через півхвилини замерзав від сили на третину від всієї поверхні. Більше того, через десять хвилин верхівка міхура залишалася кімнатної температури — що логічно, якщо врахувати низьку теплопровідність дуже тонкої стінки.
Таким чином, вчені встановили, що так званий «ефект снігової кулі», при якому кристалики льоду кружляють по поверхні міхура, що виникає за рахунок теплового ефекту Маранґоні.
На питання про те, навіщо потрібно вивчати бульбашки, фізики відповідають так: це красиво, і не тільки з точки зору зовнішнього вигляду замерзаючого мильного міхура. Що стоїть за явищем фізика (те, що прихована теплота кристалізації розштовхує зростаючі кристали) теж виявилася досить нетривіальною і, як вказують дослідники, довгий час вченим не вдавалося знайти детального пояснення феномену.
