Δύο ξεχωριστοί φυσικοί μηχανισμοί προσδιορίστηκαν για το πόσο απλοί αφροί καταρρέουν
Οι αφροί είναι πανταχού παρόντες στην καθημερινή μας ζωή, από τις φυσαλίδες της μπύρας μας στον αφρό στην οδοντόκρεμα μας. Χρησιμοποιούνται επίσης σε μια ευρεία ποικιλία βιομηχανικών εφαρμογών, όπως η επεξεργασία τροφίμων, τα καλλυντικά και τα φαρμακευτικά προϊόντα.
Η σταθερότητα των αφρού είναι ένας κρίσιμος παράγοντας σε πολλές από αυτές τις εφαρμογές. Εάν ένας αφρός καταρρεύσει πολύ γρήγορα, μπορεί να χάσει τη λειτουργία του ή ακόμα και να γίνει επικίνδυνη. Για παράδειγμα, ο αφρός σε έναν πυροσβεστήρα πρέπει να είναι αρκετά σταθερός για να πνίξει τις φλόγες, ενώ ο αφρός σε μια κρέμα ξυρίσματος πρέπει να είναι σε θέση να κρατήσει το σχήμα του αρκετό καιρό ώστε ο χρήστης να το εφαρμόσει στο πρόσωπό του.
Παρά τη σημασία τους, οι μηχανισμοί με τους οποίους η κατάρρευση των αφρού δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι οι αφροί είναι σύνθετα συστήματα που μπορούν να επηρεαστούν από διάφορους παράγοντες, όπως η επιφανειακή τάση του υγρού, το ιξώδες του υγρού και η παρουσία επιφανειοδραστικών ουσιών.
Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, η Σάντα Μπάρμπαρα έχουν εντοπίσει δύο ξεχωριστούς φυσικούς μηχανισμούς για το πόσο απλοί αφροί καταρρέουν. Ο πρώτος μηχανισμός ονομάζεται "αποστράγγιση και κατάρρευση", και συμβαίνει όταν το υγρό στον αφρό αποστραγγίζεται μακριά από τις φυσαλίδες, προκαλώντας την κατάρρευση. Ο δεύτερος μηχανισμός ονομάζεται "Bubble Coalescence", και εμφανίζεται όταν δύο ή περισσότερες φυσαλίδες συγχωνεύονται μαζί για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη φούσκα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η σχετική σημασία αυτών των δύο μηχανισμών εξαρτάται από τις ιδιότητες του αφρού. Για αφρώδες με υψηλή επιφανειακή τάση, αποστράγγιση και κατάρρευση είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός. Για τους αφρους με χαμηλή επιφανειακή τάση, η συσσώρευση φυσαλίδων είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός.
Τα ευρήματα της ομάδας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους για τον έλεγχο της σταθερότητας των αφρών. Για παράδειγμα, προσθέτοντας ένα επιφανειοδραστικό σε αφρό, μπορεί να είναι δυνατή η μείωση της επιφανειακής τάσης και η αύξηση της σταθερότητας του αφρού.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.
Περίληψη
Αναγνωρίζουμε δύο ξεχωριστούς φυσικούς μηχανισμούς για την κατάρρευση απλών αφρών:αποστράγγιση και κατάρρευση και συγχώνευση φυσαλίδων. Η αποστράγγιση και η κατάρρευση συμβαίνει όταν το υγρό αποστραγγίζεται από τον αφρό, προκαλώντας την κατάρρευση των φυσαλίδων. Η συσσώρευση φυσαλίδων συμβαίνει όταν δύο ή περισσότερες φυσαλίδες συγχωνεύονται για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη φούσκα. Διαπιστώνουμε ότι η σχετική σημασία αυτών των δύο μηχανισμών εξαρτάται από τις ιδιότητες του αφρού. Για αφρώδες με υψηλή επιφανειακή τάση, αποστράγγιση και κατάρρευση είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός. Για τους αφρους με χαμηλή επιφανειακή τάση, η συσσώρευση φυσαλίδων είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός. Τα αποτελέσματά μας παρέχουν μια θεμελιώδη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι απλοί αφροί καταρρέουν και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους για τον έλεγχο της σταθερότητας των αφρών.
