泡 泡の形状と挙動

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泡

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/07/03 15:06 UTC 版)

泡の形状と挙動

液中における気泡の形状はその大きさによって以下のように変わる。

• 1mm以下の気泡はほぼ球形。
• 数mm程度になると上昇方向に扁平になり、短軸を回転軸とする回転楕円体状になる。
• さらに大きくなるとキノコ状になり形状は不安定になる。

また、比較的小さな気泡はほぼ直線的に上昇運動するが、ある程度大きくなると螺旋状に上昇し、さらに大きくなると不規則な振動をしながら上昇する。

安定性

不安定化

液圧に抗する泡粒

ビトルド・リブジンスキー（英: Witold Rybczynski ）とジャック・アダマール（英: Jacques Hadamard）は、泡粒（英: bubble）の表面の半径が$r$であるという仮定のもとで、泡塊（英: foam）の中を上昇する泡粒の速度を計算する方程式を展開した。cm/sの単位の速度で

$u={\frac {2gr^{2}}{9\eta _{2}}}(\rho _{2}-\rho _{1})\left({\frac {3\eta _{1}+3\eta _{2}}{3\eta _{1}+2\eta _{2}}}\right)\!$

である。$\rho _{1}$ と$\rho _{2}$は順に気体と液体のg/cm³の単位の密度、$\eta _{1}$と$\eta _{2}$は順に気体と液体のg/cm·sの単位の粘度（英: dynamic viscosity）であり、$g$ はcm/s²の単位の重力加速度である。

しかし、液体の密度と粘性が気体のそれよりもとても大きければ、気体の密度と粘性は無視でき、この場合の上昇する泡粒についての新たな方程式は次のようである：

$u={\frac {gr^{2}}{3\eta _{2}}}(\rho _{2})\!$

しかし、泡粒上昇についてのより精確なモデルが示されてきた実験によれば

$u={\frac {2gr^{2}}{9\eta _{2}}}(\rho _{2}-\rho _{1})\!$

である。

自然界における泡

水面の泡は、風による水面の攪乱（波）や激しい水流（潮流や滝壺など）によって生じる。

このほか、水中・水底の有機物から発生した腐敗ガスや、水底の土中に閉じ込められていたメタンガスが泡を形成したり、火山などによる高い地熱で水たまりや泥たまり、マグマが泡立ったりする現象も見られる。

体液を利用して泡を作り、これを活用している生物に、アサガオガイやアワフキムシがある。卵を守るために泡で巣を作る例もある。ベタなどは水面に浮かぶ泡の層に卵を含ませ、モリアオガエルは樹上に体液をかき混ぜて作った泡の塊を作り、その内部に産卵する。

渓流においては、滝壺などに見られる細かい泡の堆積地で泡を採集し、顕微鏡下で観察すると、ここに水中の微小な顆粒が捕らえられており、特に水生不完全菌の胞子が多量に見られることが知られている。専門の研究者はよくこれを採集の試料として用い、ここから胞子を拾い出して培養することを試みる。