Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben onthuld hoe vloeibare schuimen instorten door individuele instortingsgebeurtenissen te observeren met high-speed videomicroscopie. Ze ontdekten dat scheuren in films leidden tot een terugtrekkend vloeistoffront dat de oorspronkelijke filmrand opveegt, keert zijn vorm om, en laat een druppel vrij, die andere films raakt en breekt. Hun observaties en fysiek model bieden belangrijke inzichten in hoe schuim min of meer bestand is tegen bezwijken.

Begrijpen hoe schuim instort is een serieuze zaak. Of het nu gaat om het zorgen dat blusschuim lang genoeg aaneengesloten is om vlammen te doven, opruimen van giftig schuim in zeeën en rivieren, of gewoon de perfecte opkomst op een taart, grip krijgen op hoe schuimmaterialen instorten is van vitaal belang voor het afstemmen van hun eigenschappen, zowel om schuim langer vast te houden of om ze sneller te laten verdwijnen.

Een team onder leiding van prof. Rei Kurita van de Tokyo Metropolitan University heeft high-speed videomicroscopie-experimenten uitgevoerd op vloeibaar schuim. Door schuim te genereren dat is ingeklemd tussen twee dunne, transparante platen, ze hebben directe toegang tot het hele scala van complexe verschijnselen die optreden wanneer ze beginnen in te storten. In eerder werk, ze toonden aan dat een belangrijke manier waarop schuim instort, is via het genereren van druppeltjes wanneer individuele films scheuren. Deze druppels vliegen met hoge snelheden weg en breken andere omringende films, wat leidt tot een cascade van breuken die ervoor zorgen dat het schuim afbreekt. Nog, het was nog niet bekend hoe de druppeltjes precies werden gevormd. belangrijk, het was niet duidelijk wanneer druppeltjes werden gevormd en wanneer niet.

Nutsvoorzieningen, het team is begonnen met het ontrafelen van het complexe mechanisme achter hoe deze druppeltjes worden gemaakt. Wanneer zich een eerste scheur vormt in een film, de film trekt zich terug en laat een wiebelende lijn van vloeistof achter waar de oorspronkelijke filmrand was, de vrijgekomen verticale plateaurand (RVPB) genoemd. Terwijl het wiebelt, er is een ophoping van vloeistof in het midden van de RVPB. Wanneer er een verdere scheur ontstaat in de resterende film, er ontstaat een terugtrekkende vloeistoflijn, die de RVPB opruimt.

interessant, video's toonden aan dat dit front de neiging heeft om tijdens het reizen in vorm om te keren. Het team ontdekte dat dit grotendeels te wijten is aan een traagheidseffect, omdat het zwaardere centrale deel minder beweegt onder een constante kracht. belangrijk, het is deze inversie die er uiteindelijk voor zorgt dat een druppel vrijkomt, het initiëren van een cascade van filmbreukgebeurtenissen. Hun werk staat in contrast met eerdere onderzoeken waarbij gekeken werd naar staande individuele films; de ophoping van vloeistof in het midden van RVPB's is alleen mogelijk in schuimen, waar vloeistof kan worden geleverd door omringende films en randen. Het fysieke model dat ze ontwikkelden om de dynamiek te beschrijven, bleek betrouwbare voorspellingen te geven van frontsnelheid en relevante tijdschalen.

Eindelijk, het team verving labreagentia door een huishouddetergens en herhaalde het experiment, waardoor een veel langduriger schuim ontstaat. Wanneer een luchtbel aan de zijkant barst, ze vonden een vergelijkbare ophoping van vloeistof in het centrum van RVPB's, hoewel aanzienlijk minder dan voorheen. De verbeterde elasticiteit van de film betekende ook dat het uiterst onwaarschijnlijk was dat er zich twee scheuren in dezelfde film zouden vormen; dat betekende dat er geen druppeltjes werden gevormd, d.w.z., geen collectieve instorting van de zeepbel:in het licht van het hierboven gevonden mechanisme, dit toont onomstotelijk aan dat zowel minder transport binnen RVPB's als minder scheuren direct bijdroegen aan de schuimstabiliteit. Inzichten zoals deze zijn van vitaal belang voor het begeleiden van het ontwerp van nieuwe schuimmaterialen met verbeterde eigenschappen; het team hoopt dat hun werk kan inspireren tot state-of-the-art isolatiematerialen, wasmiddelen, voedingsproducten en cosmetica.