Gelembung (fisika)

Gelembung adalah suatu percikan suatu zat dalam zat lain, biasanya gas dalam cairan.^[1] Akibat efek Marangoni, gelembung mungkin tetap utuh saat mencapai permukaan zat yang membenamnya.

Gelembung terlihat di banyak tempat dalam kehidupan sehari-hari, misalnya

• Nukleasi spontan karbon dioksida superjenuh dalam minuman ringan;
• Uap air dalam air mendidih;
• Udara yang tercampur ke dalam air teragitasi, seperti di bawah air terjun;
• Busa laut;
• Gelembung sabun;
• Seperti yang terlontar pada reaksi kimia, misalnya, soda kue + cuka;
• Gas yang terperangkap dalam gelas selama pembuatannya;
• Gelembung udara dalam larutan fluorescein dan air (atau alkohol) adalah bagian penting pada waterpas.

Gelembung membentuk dan menyatu, menjadi bentuk bulat karena bentuk bulat berada pada keadaan energi lebih rendah. Untuk fisika dan kimia di belakangnya, lihat nukleasi.

Manusia dapat melihat gelembung karena memiliki indeks bias (IB) yang berbeda dibandingkan zat di sekitarnya. Misalnya, IB udara kira-kira 1,0003 dan IB air sekitar 1,333. Hukum Snell menggambarkan cara gelombang elektromagnetik mengubah arah pada antarmuka antara dua media dengan IB yang berbeda; dengan demikian gelembung dapat diidentifikasi dari refraksi dan pantulan internal meskipun media yang merendam dan direndam transparan.

Penjelasan di atas hanya berlaku untuk gelembung satu medium yang terendam di media lain (misalnya gelembung gas dalam minuman ringan). Volume gelembung membran (misalnya sabun gelembung) tidak akan banyak mendistorsi cahaya dan seseorang hanya bisa melihat gelembung membran karena difraksi dan refleksi film tipis.

Nukleasi dapat dengan sengaja diinduksi, misalnya untuk membuat bubblegram.

Dalam pencitraan ultrasonik medis, gelembung kecil yang tertampung yang disebut zat pengkontras digunakan untuk meningkatkan kontras.

Dalam pencetakan sembur tinta (inkjet) termal, gelembung uap digunakan sebagai aktuator. Mereka kadang-kadang digunakan dalam aplikasi mikrofluidika (microfluidics) lainnya sebagai aktuator.^[2]

Kehancuran hebat gelembung (kavitasi) di dekat permukaan padat dan tumbukan jet yang dihasilkan merupakan mekanisme yang digunakan dalam pembersihan ultrasonik. Efek yang sama, tetapi pada skala yang lebih besar, digunakan pada senjata energi terfokus seperti bazooka dan torpedo. Udang pistol juga menggunakan gelembung kavitasi sebagai senjata. Efek yang sama digunakan untuk mengobati batu ginjal dalam lithotripter. Mamalia laut seperti lumba-lumba dan paus menggunakan gelembung sebagai hiburan atau alat berburu. Aerator menyebabkan pelarutan gas dalam cairan dengan menyuntikkan gelembung.

Insinyur teknik kimia dan metalurgi mengandalkan gelembung untuk operasi seperti distilasi, absorpsi, flotasi dan pengeringan semprot. Rumitnya proses yang terlibat sering kali memerlukan pertimbangan perpindahan massa dan panas, serta dimodelkan dengan menggunakan dinamika fluida.^[3]

Condylura cristata dan Sorex palustris bisa mencium bau di bawah air dengan bernapas cepat melalui lubang hidung mereka dan membuat gelembung.^[4]

Ketika gelembung terganggu, mereka berdenyut (yaitu, ukurannya berosilasi) pada frekuensi alami mereka. Gelembung besar (dengan mengabaikan tegangan permukaan dan konduktivitas termal) mengalami denyut adiabatik, yang berarti tidak ada panas yang ditransfer dari cairan ke gas atau sebaliknya. Frekuensi alami gelembung tersebut ditentukan oleh persamaan:^[5][6]

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

dengan:

• ${\displaystyle \gamma }$ adalah rasio panas spesifik gas
• ${\displaystyle R_{0}}$ adalah radius keadaan tunak
• ${\displaystyle p_{0}}$ adalah tekanan pada keadaan tunak
• ${\displaystyle \rho }$ adalah densitas massa cairan yang mengelilinginya

Gelembung yang lebih kecil mengalami denyut isotermal. Persamaan yang sesuai untuk gelembung kecil dengan tegangan permukaan σ (dan viskositas cairan diabaikan) adalah^[6]

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

Gelembung tereksitasi yang terperangkap di bawah air adalah sumber utama suara cairan, seperti saat tetesan hujan mengenai permukaan air.^[7][8]

Cedera akibat pembentukan dan pertumbuhan gelembung dalam jaringan tubuh adalah mekanisme penyakit dekompresi, yang terjadi ketika gas inert terlarut superjenuh meninggalkan larutan sebagai gelembung selama dekompresi. Kerusakan ini bisa disebabkan oleh deformasi mekanis jaringan akibat pertumbuhan gelembung in situ, atau terhalanginya pembuluh darah di tempat gelembung tersebut bersarang.

Emboli gas arteri dapat terjadi saat gelembung gas dimasukkan ke sistem peredaran darah dan masuk ke dalam pembuluh darah yang terlalu kecil untuk dilewati di bawah perbedaan tekanan yang ada. Hal ini dapat terjadi sebagai hasil dari dekompresi setelah paparan hiperbarik, cedera cedera overekspansi paru, selama pemberian cairan intravena, atau selama pembedahan.

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Gelembung.

• Sonoluminesensi
• Fusi gelembung
• Akustik bawah air
• Resonansi Minnaert
• Antigelembung