Tại sao bong bóng khí lại nổi được

Công việc khá bận nhưng vẫn phải bỏ thời gian vào đây trao đổi với mọi người .
Tổng hợp lại các ý thì tôi thấy bạn TranThang lần này hợp lý nhất. Bạn daigiaothong có vẻ hơi thiếu một chút.
Tại sao tạo thành bong bóng? Tôi nghĩ là ta phải xét đồng thời 2 khía cạnh:
- Thứ nhất là áp suất không khí
- Thứ 2 là sức căng bề mặt
P[sub]khí[/sub] <= sức căng bề mặt => tạo bóng (tương đối thôi nhé vì có thể tạo bóng cực nhỏ không quan sát được).
P[sub]khí[/sub] > sức căng bề mặt => bóng vỡ nhưng không phải là biến mất đâu, không khí sẽ chia thành những phần có áp suất nhỏ hơn (bóng nhỏ).
Bóng hình cầu cũng do 2 yếu tố:
- áp suất khí tác dụng đều theo mọi phương
- sức căng bề mặt của chất lỏng có xu hướng tối thiểu hoá năng lượng tự do (dạng cầu).
Về mặt hình ảnh thi nó cũng tương tự như bóng bay hay bóng xà phòng thôi. Giả sử quả bóng bay hình tròn (do sức căng bề mặt của cao su phân bố đều) thì khi thổi khí vào nó sẽ có hình cầu, nhưng đổ nước vào thì không phải hình cầu đâu vì áp lực theo phương trọng lực lớn hơn.
Khi áp suất khí trong lòng quả bóng quá lớn tất nhiên là ...bùm.
Còn nếu sức căng bề mặt không đối xứng cầu thì bóng sẽ méo giống như quả dưa chuột trẻ con vẫn chơi .
Trong chất lỏng sức căng bề mặt càng lên cao càng giảm (nguyên nhân cũng là trọng lực), bọt khí khi nổi lên sẽ to dần, nếu đến chiều cao nào đó sức căng bề mặt nhỏ hơn áp suất trong lòng bọt thì bóng sẽ vỡ.
Lý do bóng nổi thì mọi người đã biết .

Hỏi thêm bác 1 câu ( nếu rỗi thì bác trả lời hộ): Ở trong lòng chất lỏng cũng xét sức căng bề mặt hả bác? hay bác chỉ xét đến trong trường hợp này khi chất lỏng tiếp xúc với khí, vì tôi chưa nghe thấy nói SCBM giảm khi lên cao, ngày xưa học chỉ thấy áp suất chất lỏng giảm khi lên cao.

Trong lòng chất lỏng thì không có SCBM. Bản thân cụm từ này đã nói lên điều đó. Sức căng BM chỉ xuất hiện trên bề mặt phân giới giữa các pha. Như vậy khi có bọt khí trong lòng chất lỏng, sẽ có mặt phân pha khí - lỏng => có tồn tại SCBM.
Về bản chất, SCBM không bị ảnh hưởng của áp suất , ít nhất là trong trường hợp khi bóng khí thay đổi độ cao trong lòng chất lỏng (ko xét tới trường hợp áp suất cực lớn).
Theo tớ, tại sao bọt khí trong lòng chất lỏng có thể bị vỡ thành nhiều bọt nhỏ hơn khi nó nổi lên trên mặt vừa liên quan tới SCBM, vừa liên quan tới các tính chất khác như độ nhớt, khối luợng riêng cũng như các tính chất thuỷ động lực của chất lỏng. Mà những cái đó phức tạp quá, không thể chỉ giải thích một cách đơn giản được (tớ cũng không rành, bác nào biết chỉ thêm cho).
Được thohry sửa chữa / chuyển vào 18:28 ngày 11/08/2007

Mấy cái vàng hình như đều phụ thuộc bản thân loại phân tử chất lỏng và liên kết giữa chúng thôi, ko phức tạp quá(Độ nhớt cũng từ SCBM mà ra).

Không phức tạp sao? không phức tạp mà bạn bị nhầm rằng độ nhất cũng từ SCBM mà ra? Bạn thử chứng minh đi, liệu có phương trình nào liên quan giữa độ nhớt và SCBM không?

Tại sao lại có SCBM thì bạn Thohry đã trả lời.
Còn việc SCBM giảm khi lên cao chỉ là hệ quả của việc áp suất chổng lỏng giảm thôi. Điều này tôi chưa có thời gian tìm hiểu kĩ mà chỉ suy luận từ định nghĩa về SCBM, hãy lấy ví dụ nhé:
Ai cũng biết là ở vị trí càng sâu thì áp lực của nước tác dụng lên cơ thể càng lớn, chính vì vậy mà con người cũng như tàu ngầm chỉ có thể lặn đến một giới hạn chiều sâu nào đó. Điều này cũng có nghiã rằng càng ở sâu thì năng lượng để tạo ra được 1 bọt khí có kích thước nhất định sẽ càng lớn so với gần mặt nước => đó chính là sức căng bề mặt đấy bạn ạ.
Như vậy chỉ có thể giải thích việc bóng nở ra khi lên cao bằng việc SCBM giảm (áp suất khí cũng giảm vì diện tích bề mặt nên chưa kết luận được bóng vỡ vì SCBM giảm).
Xin lỗi trong việc so sánh P [sub] khí [/sub] với SCBM vì 2 đại lượng không cùng thứ nguyên (SCBM có thứ nguyên N/m còn áp suất là N/m2). Hai đại lượng này chỉ có thể so sánh tương đối khi ứng với một kích thước và hình dạng không đổi vì chúng cùng tỉ lệ với lực. Như vậy với bóng có hình dạng và kích thước cố định, tại một vị trí trong lòng chất lỏng có SCBM xác định, tồn tại một áp suất khí giới hạn, nếu vượt quá áp suất này bóng sẽ vỡ. Đến đây thì nguyên nhân của việc bóng vỡ khi nổi lên chưa được xác định.
Thông thường áp suất khí giảm tỷ lệ với kích thước bóng và SCBM cũng vậy nên bóng được duy trỉơ trạng thái cân bằng ứng với từng vị trí trong lòng chất lỏng.
Còn việc bóng vỡ tôi cho rằng một nguyên nhân nào đó làm áp suất giảm chậm hơn có thể là trên đường đi có những phân tử khí sát nhập vào bóng (điều này tôi không chắc chắn lắm). Có gì mong các bạn góp ý và bổ xung.

Không phức tạp sao? không phức tạp mà bạn bị nhầm rằng độ nhất cũng từ SCBM mà ra? Bạn thử chứng minh đi, liệu có phương trình nào liên quan giữa độ nhớt và SCBM không?
[/quote]
Ừ, viết thế đúng là nhầm.Ý của tôi là 2 cái này(hay nhiều cái) đều chung 1 gốc từ liên kết giữa các phân tử chất lỏng.

Vàng 1: Đúng vì V khí ko đổi phải ko bác.
Vàng2: Hình như ko đúng vì các phân tử nc ở bề mặt tiếp xúc với khí luôn đc xung quanh bổ xung, nên bóng khí có to thì SCBM vẫn ko đổi.
Vàng3: Theo tôi nghĩ ko đúng vì lượng khí hòa tan trong chất lỏng rất ít.
Tôi thấy giải thích bằng áp suất (hay tương tác giữa các phân tử) dễ hiểu đấy chứ, đâu cần đưa vào SCBM.

Xin trả lời bạn
Thứ nhất:
Ý tôi không phải là bóng càng to thì SCBM càng giảm mà ngược lại như phần trên tôi giải thích, SCBM giảm nên bóng nở to ra (vì xét với lượng khí ban đầu không đổi). Vậy nên đoạn bạn bôi vàng tôi chỉ nhắc ngược lại ý trên có nghĩa tương đương là với bóng to ta có SCBM nhỏ.
Thứ 2:
Nếu giải thích chỉ bằng áp suất thì bạn chỉ trả lời được tại sao bóng nở to chứ không trả lời được tại sao bóng vỡ. Câu trả lời sẽ không đầy đủ. Còn tương tác giữa các phân tử thì chính là SCBM rồi, SCBM chính là một đại lượng thể hiện tương tác giữa các phân tử tại phân biên các pha. Vậy nên để giải thích một cách định lượng nên dùng đến đại lượng vật lý tương ứng.

Cái này giải thích về SCBM, các bạn tự dịch:
Surface tension arises as a result of attractive forces between molecules in a fluid. Consider an air bubble in water, for example. Within the bubble, the net force on a molecule due to its neighbors is zero. At the surface, however, the net force is radially inward, and the combined effect of the radial components of force across the entire spherical surface is to make the surface contract, thereby increasing the pressure on the con**** side of the surface. The surface tension is a force, acting only at the surface, that is required to maintain equilibrium in such instances. It acts to balance the radially inward inter-molecular attractive force with the radially outward pressure gradient force across the surface. In regions where two fluids are separated, but one of them is not in the form of spherical bubbles, the surface tension acts to minimize free energy by decreasing the area of the interface.
Còn SCBM thì có thể coi nó là const, hoặc là 1 hàm của nhiệt độ.
Nếu bạn nào làm về CFD, các bạn có thể dùng VOF trong Fluent để kiểm tra. Tôi có 1 đoạn animation mô phỏng 1 bọt khí nổi lên trên mặt nước:


Đây là giải thích vì sao bong bóng vỡ:
Bạn cứ tưởng tượng là chuyển động của bong bóng tạo nên chuyển động của nước quanh nó. Và chuyển động của nước này lại phản lại vào bong bóng, từ dưới lên và tách bong bóng ra làm 2.
Còn để giải thích tại sao bong bóng có kích thước khác nhau, khi nào bị vỡ, những đặc tính nào của pha ảnh hưởng ... thì các bạn nên đọc kỹ về fluid mechanics (cái này ở trung học thì họ cho vào vật lý, nhưng chuyên sâu thì nó là 1 ngành khá khó nhằn, các bạn nào học trường KT chắc biết).
VD như muốn giải quyết cái bong bóng trên, người ta bắt đầu từ các pt liên tục, pt động lượng của chất lỏng, ... giải quyết cho từng pha (phase). Bạn để ý thì SCBM cũng tạo lực bề mặt, cái lực này cũng như các lực quán tính, điện từ ... là source term của phương trình động lượng. Ngoài ra chuyển động của bong bóng, sự tách bong bóng ... nó phụ thuộc vào cả độ nhớt, vận tốc, khối lượng riêng chất lỏng, sức căng mặt ngoài ... cho nên không thể quy chỉ do sức căng mặt ngoài.
Bạn gì có avatar hình của Feynman trông đẹp nhỉ. Mấy ông Do Thái này thì đầu óc đúng là siêu việt rồi. Biết bao giờ VN mới có 1 thiên tài như Feynman, Eistein, Landau ...
Được pemfc sửa chữa / chuyển vào 16:48 ngày 12/08/2007