Фотограф засне хипнотизиращи кадри на сапунен балон, който замръзва и се трансформира в деликатен снежен глобус след понижаване на температурите в Уинипег, Канада.

Впечатляващите кадри са заснети от Хедър Хинам (Heather Hinam), канадски натуралист, художник, фотограф и педагог. Тя споделя видеото в Twitter, като отбелязва, че "Студените, ясни дни с много малко вятър са чудесни за замразяване на мехурчета".

„Тази сутрин при -28° C излязох в задния двор с добра камера, с разтвор за балончета и статив“, пише Хинам. "Ето един замръзнал момент на дзен за вашия следобед".

Във видеото Хинам използва прозрачна тръба, потопена в сапунен разтвор, за да издуха балонче върху покрита със сняг повърхност. Докато балонът леко се позклаща напред-назад, заскрежени шарки се разнасят по сапунения филм, тези кристалчета нарастват постоянно, образувайки преливащи се в цветове петна от ледени кристали. Всяко ледено кристално петно съдържа ослепителни текстури, подобни на снежинки и с нарастването на петна те се сливат едно с друго и образуват цяла сфера.

_{Мозайка от фини ледени кристали се върти по повърхността на замръзващ сапунен балон. Блестящата картина е причинена от несъответствие в повърхностното напрежение в различни региони на сапунения филм. Снимка: F. Ahmadi, C. Kingett and J. Boreyko}

Ефектът е поразителен - но какво се случва? Феноменът бе загадка. Но през 2019 г. една статия, публикувана в списание Nature Communications, разкрива физиката на "ефекта на снежния глобус", явление, което причинява стотици малки ледени кристали да се носят по повърхността на балончето и в един момент замръзват едновременно в своеобразен глобус.

Екипът определи откъде идват стотиците малки ледени кристали в ефекта на снежния глобус. Обикновено, когато относително малко количество течност замръзне - както когато водата се превръща в кубче лед - процесът на замръзване започва от една точка. Тази точка създава разширяваща се граница между замразена и незамръзнала течност, наречена замръзващ фронт. Докато замръзващият фронт се разширява навън, той охлажда останалата течност, което води до промяна на фазата и се получава лед.

Развитие на „ефекта на снежния глобус“ в три изображения. Кредит: Farzad Ahmadi / Christian Kingett

Но в балончетата, забелязаха Джонатан Борейко (Jonathan Boreyko) и екипът му, този процес може да бъде различен. Когато изследователите замразяват няколко мехурчета във фризер и им правят снимки и видеоклипове, те наблюдават нещо като стотици замръзващи фронтове, плаващи едновременно по повърхностите на балончетата.

Когато ледените кристалчета се образуват в основата на балончето, промяната от течно към твърдо състояние освобождава топлина. Тази топлина, която се абсорбира или освобождава вследствие на фазовия преход, остава блокирана в долната част на балончето заради ниската топлинна проводимост на тънкия сапунен филм (около една стотна от милиметъра) и може да се наблюдава по-ясно, когато размерът на балончето или температурата на повърхността се увеличи.

В резултат на това останалата течност в долната част на балона остава топла и с по-ниско повърхностно напрежение, отколкото течността в горната част. Това несъответствие създава течения във филма. Потоци сапунена вода се носят от областите с по-ниско повърхностно напрежение към зоните с по-голям коефициент на повърхностно напрежение, от топли към студени области. Това е процес, известен като ефект на Марангони - явление на пренос на вещества по протежение на границата между две среди, възникващи заради наличието на градиент на повърхностното напрежение.

Теченията са толкова силни, разказва съавторът Джонатан Борейко, че "отлепват ледените кристали, които са се развили по дъното и ги издигат нагоре". Всеки от тези кристали образува своя колония - засявка на лед, която се разраства, създавайки очарователния ефект на „снежния глобус“.

Ако имате желание да опитате да замразите сапунени мехурчета, изчакайте, докато температурата падне под нулата и издухайте мехурчетата във въздуха. По този начин мехурчетата ще замръзнат, преди да паднат на земята, съобщава Live Science. Колкото е по-студено навън, толкова по-добре се получава.

Справка: Ahmadi, S.F., Nath, S., Kingett, C.M. et al. How soap bubbles freeze. Nat Commun 10, 2531 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10021-6

Източници:

Soap bubble freezes into an iridescent snow globe in cool new video, Live Science

The physics of freezing soap bubbles is cooler than you’d think, Nova

How freezing a soap bubble turns it into a ‘snow globe’, Science News

Още по темата

17/12/2017

Физика

Как замръзнал сапунен мехур се превръща в "снежен глобус" (видео)