每个曾经是孩子的人都知道吹泡泡的令人难以置信的简单快乐，看着一层超薄的液体在空中漂浮，然后破裂。虽然你小时候觉得这像魔法一样，但事实证明，即使是成年人，对泡泡工作原理的理解也并非清晰多少。究竟是什么配方能让吹出好泡泡和坏泡泡？
纽约大学的一组数学家决定承担起解决这个艰巨的谜团的任务，他们的研究成果发表在最新一期的《物理评论快报》上，让我们离吹出完美泡泡的理解更近了一步。
好了，我们说清楚一点：并不是说这个团队决定他们必须找出如何吹出完美的泡泡，并激励新一代的大师级泡泡吹手。根据纽约大学数学家、新论文的合著者Leif Ristroph的说法，这项研究源于希望了解更多关于流体-结构相互作用的问题：即一个物体（在此情况下，由液膜构成的物体）如何受到外部流体（在此情况下，吹风产生的风）变化的影响。而实际上，研究吹泡泡是有相关原因的。
“这是一个巨大的研究领域，”Ristroph说。“我们研究过为什么旗帜会在微风中飘动，以及粘土或某些可侵蚀的材料如何被流水重新塑造。我们想研究液膜如何与流动相互作用的重要问题，而有什么比吹泡泡更好的问题来开始呢！”
在空气中精确地控制、测量和观察泡泡的移动是非常困难的。为了绕过这些复杂性，该团队很快意识到他们应该在水中制造泡泡并观察它们的运动，水是一种更容易控制的介质。所以他们用常见的油（如橄榄油）在水中制作了薄膜，并通过金属丝圈的帮助，促使水流形成泡泡。油泡是肥皂泡的替代品，而水则是风的替代品。“一项好的实验总是有个窍门，”Ristroph说。
通过几项不同的实验和观察，Ristroph和他的同事们确定了液膜在挤压成泡泡时能够拉伸、生长和膨胀的两种方式。“一种方法是用稳定但足够快的风吹，这会使气压压过薄膜的表面张力，而表面张力会使其保持平坦，”他说。这意味着稳定地吹向薄膜，或者以固定的速度在空气中移动吹杆，就可以形成一个泡泡并挤压出来。
“第二种方法是，”他说，“轻轻吹向已经鼓起或变形的薄膜。”这可以通过急剧吹气来实现，即使在风力减弱后也能将泡泡从吹杆上弹出。
理想的风速实际上取决于你使用的泡泡棒的大小。Ristroph和他的同事们开发了一个数学公式，用于计算吹泡泡的最佳风速，假设你是垂直吹向薄膜的：U = √(5.6 x gamma / rho * R)，其中U是风速，gamma是两种流体之间的表面张力系数，rho是你吹出的流体的密度，R是泡泡棒的半径。
“大一点的环需要小一点的速度，”Ristroph说。“与直觉相反，更大的薄膜更容易吹成泡泡。”他举了一个典型的孩子在典型条件下吹泡泡的场景：泡泡棒半径（R）为1厘米，肥皂水gamma为25达因/厘米，空气rho为1.2*10-3 g/cm3——我们得到一个最佳速度U为340厘米/秒，或约8英里/小时。作为参考，人打喷嚏的平均速度约为39英里/小时（记录到的最高速度超过100英里/小时）。虽然吹气是一个不同的过程，但8英里/小时的速度是完全可以达到的，即使对孩子来说也是如此。
尽管该研究考察了油在水中的气泡，但Ristroph强调，这些结果适用于任何可以在另一种气体或液体中形成薄膜的液体介质。“形成薄膜的关键成分是表面活性剂，它是薄膜液体中的一种化学添加剂，有助于其存活并作为薄膜存在，”他说。“肥皂本身在普通肥皂薄膜中起着这种作用。”
除了为世界提供一个完美泡泡的数学公式外，该团队认为这些发现对某些世界物质的运作方式具有更广泛的影响。“当用流体推动它们时，薄膜作为材料表现得很奇怪，”Ristroph说。“当增加流速时，薄膜几乎不会变形，直到它即将形成泡泡或破裂时，它才会一次性变形。”他和他的同事们希望利用对这一过程的新细致理解，为工业和商业用途创造更有效的气溶胶、乳化化合物和泡沫。“这些对于我们日常使用的许多产品至关重要，它们都是通过将一种流体吹入另一种流体来制造许多小泡泡或液滴制成的。”
然而，对于我们其他人来说，理解新发现最相关的方式就是将一些数字代入公式，然后开始吹泡泡。实际上没有实用的方法来测量你吹向你选择的吹杆的速度，但这不应该阻止你尝试瞄准完美的风速。
