Получена «совершенная» пена

Получена «совершенная» пена

Учёным удалось создать пену, в состав которой входят пузырьки, занимающие минимальную площадь, с сохранением механической стабильности.

 Небольшой экскурс в историю. В XIX веке исследователи из Бельгии Жозеф Плато подсчитал, что для поддержки стабильности 4 мыльных плёнок нужно, чтобы угол между ними составлял около 109˚, а если плёнок всего 3 — то 120˚.

Какая же форма пузырьков идентичного размера способна минимизировать занимаемую ими площадь, одновременно соответствуя «золотому правилу» Плато? Вопрос можно поставить иначе: какую форму должны принять мягкие сферические объекты (скажем, воздушные шарики), если их умело прижать друг к дружке? Ответ искали в течение долгих десятилетий самые видные учёные, в том числе натуралист Бюффон. Горошины и свинцовые дробины использовались в качестве моделей.

В 1887 году исследователь из Ирландии, лорд Кельвин нашёл свой ответ: в качестве элементов пены нужно использовать усечённые октаэдры, имеющие 8 шестиугольных т 6 квадратных граней каждый.

Больше 100 лет это решение было принято считать оптимальным. Однако в 1994 году другие учёные, земляки Кальвина, по имени Роберт Филан и Дэнис Уэйр обнаружили структуру, занимающую площади на 0,3% меньше. Пена Филана-Уэйра – это нескольких повторяющихся элементов. Каждый такой элемент имеет в своём составе 8 многогранников, в том числе 2 с 12 гранями и 4 с 14. Грани же, в свою очередь, являются шестиугольниками или неправильными пятиугольниками.

Доказать право на существование подобной структуры удалось американскому математику Кеннету Браке из университета Саскуэханна и итальянскому физику Руджеро Габриэлли. Ключом к решению непростой задачи стало сооружение подходящего контейнера, имеющего неплоские стенки.

Создали ёмкость, и 6 слоёв пены, которые содержат около 1500 пузырьков, приняли нужную форму. Итоги работы опубликованы на страницах журнала Philosophical Magazine Letters.

Автор

Запись опубликована 29 Ноябрь 2011 в разделе Новости