Pufak (Fizika)

Pufak — bu bir moddaning boshqasidagi globulasi, odatda suyuqlikdagi gaz^[1]. Marangoni effekti tufayli pufakchalar immersiv moddaning yuzasiga yetib borganda buzilmagan holda qolishi mumkin.

Umumiy misollar

Pufakchalar kundalik hayotda koʻp joylarda uchraydi, masalan:

Alkogolsiz ichimliklardagi oʻta toʻyingan karbonat angidridning oʻz-oʻzidan yadrolanishi sifatida
Qaynayotgan suvda suv bugʻi sifatida
Havo aralashgan suvga, masalan, sharshara ostida
Dengiz ko'pik kabi
Sovun pufagi sifatida
Kimyoviy reaktsiyalarda, masalan, pishirish soda + sirka
Ishlab chiqarish jarayonida shisha ichiga tushgan gaz sifatida
Ruhiy darajadagi koʻrsatkich sifatida

Fizika va kimyo

Pufakchalar hosil boʻlganda sharsimon shakllarga birlashadi, chunki bu shakllar pastroq energiya holatiga ega. Buning ortidagi fizika va kimyo hodislari uchun yadrolanishga qarang.

Tashqi koʻrinish

Pufakchalar ular atrofdagi moddadan farqli sindirish koʻrsatkichiga (RI) ega boʻlgani uchun koʻzga koʻrinadi. Masalan, havoning RI qiymati taxminan 1,0003 va suvning RI taxminan 1,333 ni tashkil qiladi. Snell qonuni elektromagnit toʻlqinlar turli RI boʻlgan ikkita muhit orasidagi interfeysda yoʻnalishni qanday oʻzgartirishini tavsiflaydi; Shunday qilib, pufakchalarni sinishi va ichki koʻzgudan aniqlash mumkin, garchi suvga botgan va botiruvchi muhit shaffof boʻlsa ham.

Yuqoridagi tushuntirish faqat bitta muhitning boshqa muhitga botgan pufakchalari uchun amal qiladi (masalan, alkogolsiz ichimlik ichidagi gaz pufakchalari); sovun pufakchasining hajmi yorugʻlikni juda koʻp buzmaydi va faqat yupqa plyonkali difraksiya va aks etish tufayli membrana pufakchasini koʻrish mumkin.

Qoʻllanilishi

Yadrolanish ataylab induksiya qilinishi mumkin, masalan, qattiq jismda pufakchani yaratish uchun.

Tibbiy ultratovush tekshiruvida kontrastni kuchaytirish uchun kontrast modda deb ataladigan kichik kapsulalangan pufakchalar qoʻllanadi.

Issiqlik inkjet bosib chiqarishda bugʻ pufakchalari aktuator sifatida ishlatiladi. Ular vaqti-vaqti bilan boshqa mikrosuyuqlik dasturlarda aktuator sifatida ishlatiladi^[2].

Delfinlar va kitlar kabi dengiz sutemizuvchilari oʻyin-kulgi yoki ov vositasi sifatida pufakchalardan foydalanadilar. Aeratorlar pufakchalarni inʼektsiya qilish orqali suyuqlikdagi gazning erishiga olib keladi.

Pufakchalar kimyo va metallurgiya muhandislari tomonidan distillash, absorbsiya, flotatsiya va quritish kabi jarayonlarda qoʻllanadi. Murakkab jarayonlar koʻpincha massa va issiqlik uzatishni hisobga olishni talab qiladi va suyuqlik dinamikasi yordamida modellashtiriladi^[3].

Yulduzburunli mol va amerikalik suv sichqonchasi burun teshigidan tez nafas olib, pufak hosil qilib, suv ostidagi hidni seza oladi^[4].

Yerdagi hayotning kelib chiqishi boʻyicha olib borilgan tadqiqotlar shuni koʻrsatadiki, pufakchalar hayot uchun prekursor molekulalarini toʻplashda ajralmas rol oʻynagan boʻlishi mumkin, bu funksiya hozirda hujayra membranalari tomonidan bajariladi^[5].

Pulsatsiya

Pufakchalar buzilganda (masalan, suv ostida gaz pufakchasi yuborilganda) devor tebranadi. Koʻpincha u shaklidagi ancha katta deformatsiyalar bilan vizual ravishda niqoblangan boʻlsa-da, tebranishning bir komponenti pufakcha hajmini oʻzgartiradi (yaʼni pulsatsiya), bu tashqi ovoz maydoni boʻlmaganda, pufakning tabiiy chastotasida sodir boʻladi. Pulsatsiya akustik jihatdan tebranishning eng muhim tarkibiy qismidir, chunki gaz hajmini oʻzgartirib, uning bosimini oʻzgartiradi va pufakning tabiiy chastotasida tovush chiqishiga olib keladi. Suvdagi havo pufakchalari uchun katta pufakchalar (sezilarsiz sirt tarangligi va issiqlik oʻtkazuvchanligi) adiabatik pulsatsiyalardan oʻtadi, yaʼni suyuqlikdan gazga yoki aksincha, issiqlik oʻtkazilmaydi. Bunday pufakchalarning tabiiy chastotasi quyidagi tenglama bilan aniqlanadi^[6]^[7]:

f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \over \rho }}

bu yerda:

$\gamma$ gazning oʻziga xos issiqlik nisbati
$R_{0}$ barqaror holat radiusidir
$p_{0}$ barqaror holatdagi bosimdir
$\rho$ — atrofdagi suyuqlikning massa zichligi

Suvdagi havo pufakchalari uchun kichikroq pufakchalar izotermik pulsatsiyaga uchraydi. Quyida sirt tarangligi σ (deyarli hisobga olinmaydigan yopishqoqligi)^[7] kichik pufakchalar uchun mos keladigan tenglama berilgan.

f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \over \rho }+{4\sigma  \over \rho R_{0}}}}

Suv ostida qolib ketgan qoʻzgʻatilgan pufakchalar suyuqlik tovushlarning asosiy manbai hisoblanadi, masalan, boʻgʻimlarning yorilishi paytida^[8] va yomgʻir tomchisi suv yuzasiga taʼsir qilganda^[9]^[10].

Yana qarang

Maʼlumotnomalar

↑ Subramanian, R. Shankar. The Motion of Bubbles and Drops in Reduced Gravity (en). Cambridge University Press, 2001-04-09. ISBN 9780521496056.
↑ R. J. Dijkink, J. P. van der Dennen, C. D. Ohl, A. Prosperetti,The ‘acoustic scallop’: a bubble-powered actuator, J. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)
↑ Weber. Bubbles, Drops and Particles. New York: Dover Publications, 1978. ISBN 978-0-486-44580-9.
↑ Roxanne Khamsi. „Star-nosed mole can sniff underwater, videos reveal“.
↑ Whitcomb, Isobel. „The Key to Life's Emergence? Bubbles, New Study Argues“. LiveScience (2019-yil 6-avgust). Qaraldi: 2022-yil 8-yanvar.
↑ Minnaert, Marcel, On musical air-bubbles and the sounds of running water, Phil. Mag. 16, 235-248 (1933).
↑ ^7,0 ^7,1 Leighton, Timothy G., The Acoustic Bubble (Academic, London, 1994).
↑ Chandran Suja, V.; Barakat, A. I. (2018-03-29). „A Mathematical Model for the Sounds Produced by Knuckle Cracking“. Scientific Reports (inglizcha). 8-jild, № 1. 4600-bet. Bibcode:2018NatSR...8.4600C. doi:10.1038/s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.
↑ Prosperetti, Andrea; Oguz, Hasan N. (1993). „The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain“. Annual Review of Fluid Mechanics. 25-jild. 577–602-bet. Bibcode:1993AnRFM..25..577P. doi:10.1146/annurev.fl.25.010193.003045.
↑ Rankin. „Bubble Resonance“. The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That (2005-yil iyun). 2019-yil 21-noyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2022-yil 4-avgust.

[1] Subramanian, R. Shankar. The Motion of Bubbles and Drops in Reduced Gravity (en). Cambridge University Press, 2001-04-09. ISBN 9780521496056.

[2] R. J. Dijkink, J. P. van der Dennen, C. D. Ohl, A. Prosperetti,The ‘acoustic scallop’: a bubble-powered actuator, J. Micromech. Microeng. 16 1653 (2006)

[3] Weber. Bubbles, Drops and Particles. New York: Dover Publications, 1978. ISBN 978-0-486-44580-9.

[4] Roxanne Khamsi. „Star-nosed mole can sniff underwater, videos reveal“.

[5] Whitcomb, Isobel. „The Key to Life's Emergence? Bubbles, New Study Argues“. LiveScience (2019-yil 6-avgust). Qaraldi: 2022-yil 8-yanvar.

[6] Minnaert, Marcel, On musical air-bubbles and the sounds of running water, Phil. Mag. 16, 235-248 (1933).

[Leighton-7] 7,0 ^7,1 Leighton, Timothy G., The Acoustic Bubble (Academic, London, 1994).

[8] Chandran Suja, V.; Barakat, A. I. (2018-03-29). „A Mathematical Model for the Sounds Produced by Knuckle Cracking“. Scientific Reports (inglizcha). 8-jild, № 1. 4600-bet. Bibcode:2018NatSR...8.4600C. doi:10.1038/s41598-018-22664-4. ISSN 2045-2322. PMC 5876406. PMID 29599511.

[9] Prosperetti, Andrea; Oguz, Hasan N. (1993). „The impact of drops on liquid surfaces and the underwater noise of rain“. Annual Review of Fluid Mechanics. 25-jild. 577–602-bet. Bibcode:1993AnRFM..25..577P. doi:10.1146/annurev.fl.25.010193.003045.

[10] Rankin. „Bubble Resonance“. The Physics of Bubbles, Antibubbles, and all That (2005-yil iyun). 2019-yil 21-noyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2022-yil 4-avgust.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]