Пена — это не просто веселые пузырьки в ванне или на губке для мытья посуды. Это сложная структура, где жидкость циркулирует по тонким пленкам, образуя целую сеть взаимосвязанных каналов. Но почему капли воды начинают стекать из пены, даже если слой кажется слишком тонким для этого? Этот вопрос долго оставался без ответа. Согласно классическим физическим моделям, чтобы начался слив жидкости, высота пены должна быть не меньше метра. Однако на практике жидкость начинала вытекать уже с десятков сантиметров.
В проблеме разобрались ученые из Токийского столичного университета под руководством профессора Рей Куриты. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Colloid and Interface Science. В экспериментах они использовали пены с разными свойствами — меняли типы поверхностно-активных веществ, размеры пузырьков. Образцы помещали между прозрачными пластинами и устанавливали вертикально, чтобы можно было наблюдать, как и когда начинается дренаж — стекание жидкости вниз.
Оказалось, дело не в осмотическом давлении, которое раньше считали главным фактором. Да, при сжатии пузырьков действительно меняется энергия системы, но этого оказалось недостаточно, чтобы объяснить начало дренажа. Исследователи предложили новое ключевое понятие — «предел текучести». Это давление, при котором пузырьки начинают перестраиваться, создавая каналы для выхода жидкости. Другими словами, жидкость не просто протекает сквозь статичную пену, а сами пузырьки начинают двигаться, реагируя на накопленное давление. Это динамический процесс, и именно он объясняет, почему слив начинается гораздо раньше, чем предсказывали модели.
Эти выводы также оказались важны для прикладных задач — от разработки устойчивых пен в бытовой химии до создания пенных материалов в медицине или пищевой промышленности. Понимание, как ведет себя жидкость в пене, позволяет создавать продукты, которые работают лучше и дольше.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, каков механизм разрушения льда при ударах.