研究人员揭秘宛如雪花球的冻结肥皂泡热门视频背后的科学
據(jù)外媒報(bào)道,近日研究人員通過在-20℃的冷凍室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),揭秘了宛如雪花球的凍結(jié)肥皂泡的 YouTube 熱門視頻背后的科學(xué)。凍結(jié)的肥皂泡是一種獨(dú)特的冬日魔法,這本身也是一個(gè)受歡迎的冬季科學(xué)實(shí)驗(yàn),其在視覺上也令人驚嘆 - 但直到最近,研究人員希望弄清楚為何肥皂泡會(huì)以這種特別迷人的方式凍結(jié)。
通常,當(dāng)一滴水或水坑凍結(jié)時(shí),它會(huì)在最冷的地方開始凝固成冰,在那里它與其他雪或冰接觸。新鮮的冰凍結(jié)了鄰近的水,在整個(gè)水坑中創(chuàng)造了一個(gè)非常有序的進(jìn)展,稱為凍結(jié)鋒面。但是當(dāng)你在一個(gè)寒冷的房間里凍結(jié)一個(gè)泡泡時(shí),所有的有序都會(huì)迅速消失。
最初小冰晶從底部凍結(jié)逐漸凝結(jié)生長,但突然之間,泡泡表面出現(xiàn)了數(shù)百個(gè)凍結(jié)鋒面。“它有點(diǎn)像你在玩具雪花玻璃球_中看到的旋轉(zhuǎn)‘雪花’。這就是為什么我們稱之為雪花玻璃球效應(yīng),“Jonathan Boreyko 說道,他是一篇關(guān)于雪花玻璃球效應(yīng)的新文章的合著者,該文章發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上。
Boreyko 是一名機(jī)械工程師,領(lǐng)導(dǎo)著弗吉尼亞理工大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,專注于流體的行為 - 包括水坑和水滴如何凍結(jié)。當(dāng)他的一些研究生想知道他們是否可以調(diào)查為什么流行 YouTube 視頻中的肥皂泡以這些截然不同的模式凍結(jié)時(shí),他很興奮。“我認(rèn)為這是我生命中的第一次,我可以說我的論文受到 YouTube 的啟發(fā),”Boreyko 說道。多年來,研究生 Farzad Ahmadi 和本科生 Christian Vergett 定期在-20℃的冷凍室中拍攝并觀察附著在固體表面的肥皂泡如何凍結(jié)。
他們最終發(fā)現(xiàn)雪花玻璃球效應(yīng)是由一種叫做馬蘭戈尼流體的東西驅(qū)動(dòng)的。Boreyko 說道:“泡泡在冷凍室中凍結(jié)時(shí),泡泡的靜止液體部分繼續(xù)移動(dòng),從生長的凍結(jié)鋒面‘撕下’冰晶并將它們‘扔到’周圍。這些冰晶各自形成了自己的凍結(jié)鋒面,使泡泡表面凍結(jié)得更快。”
但是在一切溫度相同的冷凍室里,泡泡的部分如何升溫到足以產(chǎn)生流動(dòng)?“事實(shí)證明,答案就在凍結(jié)中,”Boreyko 說。“它對于不在戶外的人來說非常違反直覺,但是當(dāng)你凍結(jié)它時(shí),它實(shí)際上會(huì)使它變暖。”那一點(diǎn)點(diǎn)的熱量(通常只有幾度)就足以讓肥皂向上移動(dòng)到泡泡頂部。
研究人員在室溫下嘗試了相同的實(shí)驗(yàn),再次將泡泡吹到一塊冰塊上,結(jié)果大不相同。
總結(jié)
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