バブル（物理学）

泡は液体中に存在する気体物質の球体です。逆に、気体中に存在する液体の球体は液滴と呼ばれます。 [ ^1]マランゴニ効果 により、泡は液体の表面に到達してもそのまま残ることがあります。

日常生活のさまざまな場所で泡が見られます。たとえば、次のようなものです。

• ソフトドリンク中の過飽和二酸化炭素の自然核生成として
• 沸騰したお湯の中の蒸気として
• 滝の下など、かき混ぜられた水に空気が混ざると
• 海の泡のように
• シャボン玉のように
• 化学反応で発生するもの（例：重曹＋酢）
• ガラスの製造中に閉じ込められたガスとして
• 水準器の指標として
• 風船ガムのように

気泡は、エネルギー状態が低いため、球形に形成され、合体します。その背後にある物理学と化学については、核生成を参照してください。

気泡が見える理由は、周囲の物質と屈折率(RI) が異なるためです。たとえば、空気の RI は約 1.0003、水の RI は約 1.333 です。スネルの法則は、異なる RI を持つ 2 つの媒体の境界面で電磁波の方向が変わる仕組みを説明しています。そのため、浸漬される媒体と浸漬する媒体の両方が透明であっても、 屈折と内部反射によって気泡を識別できます。

上記の説明は、ある媒体の泡が別の媒体に浸っている場合（例：ソフトドリンク内のガスの泡）にのみ当てはまります。膜状の泡（例：シャボン玉）の体積は光をそれほど歪めず、薄膜の回折と反射によってのみ膜状の泡が見えるようになります。

核生成は、例えば固体内に バブルグラムを作成するために意図的に誘発することができます。

医療用超音波画像診断では、コントラストを高めるために 造影剤と呼ばれる小さなカプセル化された気泡が使用されます。

サーマルインクジェット印刷では、蒸気泡がアクチュエータとして使用されます。蒸気泡は、他のマイクロ流体アプリケーションでもアクチュエータとして使用されることがあります。^[2]

固体表面近くの泡の激しい崩壊 (キャビテーション) と、その結果生じる衝突ジェットが、超音波洗浄に使用されるメカニズムを構成しています。同じ効果が、より大規模に、バズーカ砲や魚雷などの集中エネルギー兵器で使用されています。ピストルシュリンプも崩壊するキャビテーション泡を武器として使用します。同じ効果が、砕石装置で腎臓結石の治療に使用されます。イルカやクジラなどの海洋哺乳類は、泡を娯楽や狩猟の道具として使用します。エアレーターは、泡を注入することで液体内のガスを溶解させます。

気泡は、蒸留、吸収、浮選、噴霧乾燥などのプロセスで化学および冶金 エンジニアによって使用されます。複雑なプロセスでは、質量と熱の移動を考慮する必要があり、流体力学を使用してモデル化されます。^[3]

ホシバナモグラとアメリカミズトガリネズミは、鼻孔から急速に呼吸して泡を発生させることで、水中の匂いを嗅ぎ分けることができる。^[4]

地球上の生命の起源に関する研究では、泡が生命の前駆体分子を閉じ込めて濃縮する上で重要な役割を果たしていた可能性が示唆されており、この機能は現在は細胞膜によって担われている。^[5]

バブルレーザーは気泡を光共振器として利用し、高感度の圧力センサーとして使用することができます。^[6]

気泡が乱されると（例えば、水中にガス泡が注入されると）、壁が振動します。形状の大きな変形によって視覚的に隠されることが多いですが、振動の成分によって気泡の体積が変化します（つまり、脈動です）。これは、外部から課せられた音場がない場合、気泡の固有周波数で発生します。脈動は、音響的には振動の最も重要な成分です。ガスの体積が変化することで圧力が変化し、気泡の固有周波数で音が放出されるからです。水中の気泡の場合、大きな気泡（表面張力と熱伝導率は無視できる）は断熱脈動を起こします。つまり、液体から気体へ、またはその逆のいずれにも熱が伝達されないということです。このような気泡の固有周波数は、次の式で決まります。^{[7] [8]}

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \over \rho }}}$

どこ：

• ${\displaystyle \gamma}$ガスの比熱比である
• ${\displaystyle R_{0}}$定常半径は
• ${\displaystyle p_{0}}$定常圧力は
• ${\displaystyle \rho}$周囲の液体の質量 密度である

水中の気泡の場合、小さな気泡は等温脈動を起こす。表面張力σ（および液体の粘性は無視できる）の小さな気泡に対応する式は^{[8]である。}

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \over \rho }+{4\sigma \over \rho R_{0}}}}}$

水中に閉じ込められた励起された泡は、指の関節を鳴らすときや^{[9] 、}雨滴が水面に衝突するときなど、液体の​​音の主な発生源です。 ^{[10] [11]}

減圧症は、減圧中に溶解した不活性ガスが過飽和状態で気泡となって溶液から抜け出すことで起こる、体組織内での気泡形成と成長による傷害のメカニズムです。損傷は、その場での気泡成長による組織の機械的変形、または気泡が詰まった 血管の閉塞によって起こることがあります。

動脈ガス塞栓症は、ガスの泡が循環系に導入され、利用可能な圧力差では通過できないほど小さい血管に詰まったときに発生する可能性があります。これは、高圧暴露後の減圧、肺過膨張損傷、静脈内輸液投与中、または手術中に発生する可能性があります。

泡を含む食品にはパン、ケーキ、シリアル、チョコレートなどがあり、飲み物にはビール、シャンパン、ミネラルウォーター、ソフトドリンクなどがあり、シェフが作る泡のより実験的な用途もあります。^[12]

ウィキメディア・コモンズには、バブルに関連するメディアがあります。

• 反バブル
• バブルフュージョン
• バブルセンサー
• フォーム
• ミンナート共鳴
• ナノバブル
• ソノルミネセンス
• 水中音響

• Pugh, RJ; Hamlett, CAE; Fairhurst , DJ (2023 年 4 月)。「食品とチョコレート内の泡の簡単な概要」。コロイドおよび界面科学の進歩。314。102835。doi : 10.1016 / j.cis.2023.102835。