¿Cuál es la física detrás de una pompa de jabón?

Una burbuja, mientras todavía existe, está equilibrada por tres factores:
1) Tensión superficial del agua jabonosa.
2) Presión interna aplicada por el aire dentro de la burbuja en la superficie.
3) Presión Atmosférica.

Cuando alguno de estos está desequilibrado, una fuerza es mayor que las otras y esto hace que la burbuja explote.

Si estás hablando de ¿por qué revientan en la práctica? Bueno, la superficie de la burbuja está hecha de agua jabonosa. El jabón es más liviano que el agua, así que cuando creas una burbuja, el agua es atraída hacia el fondo de la burbuja, empujando el jabón hacia arriba, debido a la gravedad. La tensión superficial del agua es mayor que la del jabón, por lo que la parte superior de la burbuja se debilita a medida que se concentra más jabón en la parte superior. Pronto, la presión interna será suficiente para romper la burbuja y hacer que estalle.

Otra razón es que el agua se evapora, dejándola con una solución de jabón más concentrada que, como se mencionó anteriormente, tiene una tensión superficial más baja.

Una burbuja siempre se comporta según los principios de la "dinámica de burbujas". Estos se rigen por la ecuación de Rayleigh-Plesset . Como lo describe @mikhailcazi;

Una burbuja, mientras todavía existe, se equilibra con tres factores:

1) Tensión superficial del agua jabonosa.

2) Presión interna aplicada por el aire dentro de la burbuja en la superficie.

3) Presión Atmosférica.

las 3 presiones son integrales en el comportamiento de la burbuja. Sin embargo, la burbuja no revienta inmediatamente cuando aumentan las presiones internas ( Brennen lo explica excelentemente). También hay fenómenos como el crecimiento y el colapso de burbujas. Puede investigar eso si está estudiando la pompa de jabón en detalle y desea utilizar el enfoque lagrangiano para lo mismo. Algunas suposiciones para la ecuación de Rayleigh-Plesset que debe recordar:

1. Se supone que la burbuja es esférica durante toda su vida.
2. Se supone que la transferencia de masa a través de la pared de la burbuja es insignificante. Hay muchos otros sobre la transferencia de calor, pero estos serán suficientes para el caso simple de pompas de jabón que necesita.

Y para responder a tu pregunta;

¿Qué proceso dinámico de fluidos ocurre durante el estallido de una pompa de jabón?

Básicamente son las variaciones de presión que ocurren dentro de la burbuja debido a las variaciones de presión externa (ambiente). La fuerza de tensión superficial se ajusta por el cambio en el radio que ocurre debido a la expansión/contracción de la burbuja; y equilibra las presiones hasta que la película de jabón se vuelve demasiado delgada.

Pregunta número 1: Una pompa de jabón es negra cuando estalla, ¿por qué?

Respuesta: Cuando estalla una pompa de jabón, se ve negra debido a la interferencia destructiva. Cuando estalla una burbuja,

1. Su espesor se vuelve despreciable, es decir, espesor ≈ 0, y
2. Se cumple la condición para la interferencia destructiva. $$2nt = m\lambda,\tag1$$ Dónde$n$es el índice de refracción del agua,$m$es el orden de una franja oscura,$\lambda$es la longitud de onda de la luz utilizada y$t$es el espesor de las películas. Así cuando$t = 0$y$m = 0$obtenemos la franja oscura de primer orden debido a la interferencia destructiva. Por lo tanto, una pompa de jabón se comporta como una película delgada y cuando revienta se ve negra debido a la interferencia destructiva.

Si observa a cámara lenta, encontrará que el estallido de una pompa de jabón es una especie de reacción en cadena, supongo que el sistema de burbujas no puede alcanzar un estado de energía más bajo al liberar energía en el medio ambiente. por lo que una reacción da como resultado una pequeña liberación de energía pero da paso a más liberaciones de energía como un proceso en cadena. entonces el sistema de burbujas normalmente colapsará.