ビデオ流体力学って不思議ですね。物理学者たちはシャボン玉がはじける仕組みをリバースエンジニアリングで解明し、音の力だけでシャボン玉を浮かせ続けることに成功しました。
石鹸液の膜に穴を開けると、虹色の泡が発生します。膜は穴から引っ込み、分子は引っ張られて再配置され、表面積が減少します。こうして泡が形成され、最終的には破裂して小さな液滴に砕け散ります。
物理学者チームは、このプロセスを逆から研究することにしました。液滴を操作して泡を成長させることも可能です。音響浮遊は、流体力学において、音波を用いて空気中の泡を浮遊・制御するためによく用いられます。この研究成果は、火曜日にNature Communications誌に掲載されました。
実験は以下からご覧いただけます。
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人間の可聴範囲を超える高エネルギー周波数の超音波が放射され、2枚のプレートの間で反射されます。超音波によって生じる圧力によって、泡は空中に閉じ込められます。
音響放射力が液滴に作用すると、液滴は薄い膜状に引き伸ばされます。さらに圧力が加わると、膜は歪み始め、ボウル型に成長します。
ボウルの体積は大きくなり続け、臨界点に達すると、ボウル内に閉じ込められた空気分子が音波と同じ周波数で振動し始め、共鳴空洞を形成します。すると突然、フィルムの体積が急速に膨張し、球状の泡を形成します。
気泡形成の様々な段階。画像提供：Zang et al.、Nature Communications。
音響浮遊する泡は、破裂することなく数十分間浮遊し続けることができます。最終的には、液体が蒸発し始めると、泡は破裂して液滴になります。研究者たちは、泡の形成プロセスを詳細に研究することで、食品、化粧品、医薬品の保管に役立つと考えています。®
