Tokyo, Japonya - Tokyo Metropolitan Üniversitesi'nden araştırmacılar, yüksek hızlı video mikroskobu ile bireysel çökme "olaylarını" gözlemleyerek sıvı köpüklerin nasıl çöktüğünü ortaya çıkardılar. Filmlerdeki çatlakların, orijinal film sınırını süpüren, şeklini tersine çeviren ve diğer filmlere çarpan ve kıran bir damlacık bırakan, gerileyen bir sıvı cepheye yol açtığını buldular. Gözlemleri ve fiziksel modelleri, köpüklerin çökmeye nasıl daha fazla veya daha az dirençli hale getirileceğine dair önemli bilgiler sağlar.

Köpüklerin nasıl çöktüğünü anlamak ciddi bir iştir. Yangın söndürme köpüklerinin alevleri söndürmeye yetecek kadar uzun süre kalmasını sağlamak, denizlerdeki ve nehirlerdeki zehirli köpükleri temizlemek ya da bir pastanın üzerinde mükemmel bir yükselişi sağlamak olsun, köpük malzemelerin nasıl çöktüğünü anlamak, özelliklerini uyarlamak için hayati önem taşır köpükleri daha uzun süre etrafta tutun veya daha hızlı yok olmalarına yardımcı olun.

Bu nedenle Tokyo Metropolitan Üniversitesi'nden Prof. Rei Kurita liderliğindeki bir ekip, sıvı köpükler üzerinde yüksek hızlı video mikroskopi deneyleri yapıyor. İki ince, şeffaf plaka arasına sıkıştırılmış köpükler oluşturarak, çökmeye başladıklarında meydana gelen tüm karmaşık fenomenlere doğrudan erişebilirler. Önceki çalışmalarda, köpüklerin çöktüğü kilit bir yolun, tek tek filmler yırtıldığında damlacıkların oluşması olduğunu gösterdiler. Bu damlacıklar yüksek hızlarda uçar ve çevredeki diğer filmleri kırarak köpüğün parçalanmasına neden olan bir dizi kırılmaya yol açar. Yine de damlacıkların tam olarak nasıl oluştuğu henüz bilinmiyordu. Daha da önemlisi, damlacıkların ne zaman oluştuğu ve ne zaman oluştukları net değildi.

Şimdi ekip, bu damlacıkların nasıl oluştuğunun arkasındaki karmaşık mekanizmayı çözmeye başladı. Bir filmde ilk çatlak oluştuğunda, film çekilir ve orijinal film sınırının Serbest Bırakılan Dikey Plato Sınırı (RVPB) olarak adlandırıldığı yerde sallanan bir sıvı hattı bırakır. Sallanırken, RVPB'nin merkezinde bir sıvı birikimi var. Kalan filmde başka bir çatlak oluştuğunda, RVPB'yi süpüren uzaklaşan bir sıvı hattı oluşturulur (bkz. Şekil). İlginç bir şekilde, videolar, bu cephenin seyahat ederken şeklini tersine çevirme eğiliminde olduğunu gösterdi. Ekip, daha ağır merkezi kısım sabit bir kuvvet altında daha az hareket ettiğinden, bunun büyük ölçüde eylemsizlik etkisinden kaynaklandığını buldu. Daha da önemlisi, bir damlacığın açığa çıkmasına neden olan ve bir dizi film kırılma olayını başlatan şey bu ters çevirmedir. Çalışmaları, ayakta duran filmlere bakan önceki araştırmalarla çelişiyor; RVPB'lerin ortasında sıvı birikimi yalnızca, sıvının çevreleyen filmler ve sınırlar tarafından sağlanabildiği köpükler içinde mümkündür. Dinamikleri tanımlamak için geliştirdikleri fiziksel modelin, ön hız ve ilgili zaman ölçekleri için güvenilir tahminler verdiği gösterildi.

Son olarak, ekip laboratuvar reaktiflerini ev tipi bir deterjanla değiştirdi ve deneyi tekrarlayarak çok daha uzun ömürlü bir köpük oluşturdu. Yanda bir balon patladığında, RVPB'lerin merkezinde benzer bir sıvı birikimi buldular, ancak öncekinden önemli ölçüde daha az. Filmin artırılmış esnekliği aynı zamanda aynı filmde iki çatlak oluşma ihtimalinin son derece düşük olduğu anlamına geliyordu; bu, damlacıkların oluşmadığı, yani kollektif kabarcık çökmesinin olmadığı anlamına geliyordu: yukarıda bulunan mekanizmanın ışığında, bu sonuç olarak hem RVPB'ler içinde daha az taşınmanın hem de daha az çatlağın doğrudan köpük stabilitesine katkıda bulunduğunu göstermektedir. Bu gibi bilgiler, gelişmiş özelliklere sahip yeni köpük malzemelerinin tasarımına rehberlik etmek için hayati öneme sahiptir; Ekip, çalışmalarının son teknoloji yalıtım malzemeleri, deterjanlar, gıda ürünleri ve kozmetiklere ilham vermesini umuyor.

###

Bu çalışma JSPS Research Fellowship for Young Scientists (20J11840) ve JSPS KAKENHI Grants-in-Aid for Scientific Research (17H02945, 20H01874, 20K14431) tarafından desteklenmiştir.