Исследователи из Столичного университета Токио разрешили давнюю научную загадку, выяснив, почему жидкость начинает стекать из пены. Оказалось, что ключевую роль играет не просто течение жидкости через статичную структуру, а давление, необходимое для перемещения и перестройки самих пузырьков.

Традиционные физические модели, основанные на «осмотическом давлении», предсказывали, что пена должна быть высотой около метра, прежде чем начнётся дренаж. Однако на практике даже пена высотой в несколько десятков сантиметров легко протекает.

Команда под руководством профессора Рэя Курьиты изучила простые пенные системы. Эксперименты показали универсальную закономерность: высота, на которой начинается дренаж, обратно пропорциональна содержанию жидкости в пене, независимо от типа поверхностно-активного вещества или размера пузырьков.

Наблюдения с помощью видеозаписи выявили, что в момент начала дренажа жидкость заставляет пузырьки сдвигаться и перестраиваться. Контролирующим фактором оказалось «предельное напряжение сдвига» — давление, необходимое для перемещения и реорганизации пузырьков. Новая модель, основанная на этой идее, точно предсказывает высоту пены, при которой начинается протекание.

Это открытие меняет взгляд на пену: её следует рассматривать не как фиксированную структуру, а как динамическую систему. Новое понимание может помочь в разработке улучшенных пен для чистящих средств, фармацевтики и других продуктов.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Colloid and Interface Science.