¿Por qué las burbujas hacen ruido?

Question

Tengo un entendimiento de cómo funcionan las burbujas. Ellas encapsulan aire (u otros fluidos) en una membrana causada por la tensión superficial. Cuando estallan, a menudo hay un sonido. El sonido es un tipo de energía, cinética para ser precisos, que generalmente ocurre por colisiones. Cuando una burbuja estalla, asumiría que un sonido implica que el aire sale rápidamente debido a un cambio de presión. ¿Por qué hay un cambio de presión? No esperaría que la burbuja ejerza suficiente presión para comprimir el aire. Si el sonido es causado por el aire que ahora puede moverse al resto de la habitación debido al movimiento browniano, entonces ¿por qué no escucharía aire moviéndose en una habitación quieta?

Answer 1

La presión del aire dentro de la burbuja (intacta) es mayor que en el entorno. Esta diferencia de presión se llama presión de Laplace y es causada por la tensión superficial entre la película de jabón y el aire. Cuando la burbuja estalla, el aire comprimido se expande, creando una onda de presión, que finalmente se escucha como el típico sonido de estallido.

Answer 2

Esta página cita la presión dentro de una burbuja de jabón como $\frac {4\gamma }R$, donde $\gamma$ es la tensión superficial, aproximadamente $25\text { dyne}/\text{cm }$ para agua jabonosa, y $R$ es el radio de la burbuja. Para $R=1$ cm, la presión es entonces $100 \text { dyne}/\text{cm}^2 = 10 \text{ Pa}$. Esto se libera cuando la burbuja explota. No parece mucho con la atmósfera siendo $101 \text{kPa}$ pero no se necesita mucho.

Answer 3

La superficie formada por la burbuja es tal que su energía se minimiza. Dado que aumentar la interfaz entre un líquido y el aire aumenta su energía debido a la tensión superficial, la burbuja tiende a reducir su radio, lo que implica que la presión dentro de ella debe ser mayor que la presión exterior, y siguiendo este razonamiento también se puede obtener un resultado cuantitativo que relaciona esta diferencia de presión con las curvaturas principales de la interfaz (ecuación de Laplace). Dado que la presión es mayor dentro de la burbuja, si la burbuja estalla, la energía en forma de sonido se propagará.

Answer 4

La cavitación es la formación de burbujas en un líquido cuando se aplica una presión negativa lo suficientemente fuerte. Un punto en el líquido experimenta una "presión negativa" si la presión local cae por debajo de la presión promedio en el líquido. Esto puede ocurrir cuando el agua en una tubería tiene un giro muy abrupto, cerca de las hélices de barcos y submarinos, en presencia de un sonido de alta intensidad (puedes imaginar el sonido como una oscilación de presión).

En el Cavitador, el sonido está separando el agua, dejando una burbuja de gas que se debe al exceso de presión en su interior, razón por la cual las burbujas más pequeñas tienden a estallar con un sonido más fuerte (más presión)