小液滴的运动轨迹
由于肥皂膜表面的应力平衡被打破,组成气泡壁的薄膜开始沿着原先的形状边界往回缩,那些还没飞溅出去的液体在破口边缘形成一圈厚厚的膜,这一圈膜会越来越厚、越收越小,最后汇聚成一个液滴。
泡泡破口边缘会形成一圈厚膜
泡泡破裂的过程非常快,由于它本身的尺寸就小,因此肥皂膜的液体圈圈收拢撞击的速度常常会高于音速,由此产生一次小的音爆。
于是我们听到“啪”的一声。
实际上,当乳胶气球破裂时,它的碎片收缩撞击在一起时的速度也会超过音速,我们听到的气球响亮的爆裂声也是音爆的声音。
超音速液滴撞击在一起发出音爆
总结:孩子们追逐泡泡、用嘴吹它、用小手捏破它,孩子们很快乐。
但物理学家们却希望从这些平常的现象中探寻科学真理,他们用高速摄像机拍摄肥皂泡破裂的过程,用录音机录下爆破的声音进行分析。最后发现那“啪”的一声实际上是响了两次:
在我们手指触碰泡泡的瞬间,它发生破裂,里边的空气冲出来,发出微弱的声音;当肥皂膜的液滴最后相互撞击在一起时,它造成的冲击波形成音爆,于是发出一声响亮的:“啪”!
由于拉普拉斯压力的关系,体积越小的泡泡表面张力越大,它破裂时发出响声也更大。
泡泡破裂不是因为撕裂空气发出的声音,它主要是水滴超音速的撞击。现在,你明白了吗?
玩泡泡,学科学