Мыльный пузырь

Мыльный пузырь

Ребёнок с мыльными пузырями

Мыльный пузырь — тонкая пленка мыльной воды, которая формирует шар с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно. Их часто используют в своих играх дети, но использование пузырей в развлекательных шоу показывает, что и взрослым они тоже нравятся. Из-за недолговечности мыльный пузырь стал синонимом чего-то привлекательного, но бессодержательного и недолговечного. Иногда акции на «новом рынке» сравнивают с мыльными пузырями.

Ж.-Б.-С. Шарден. Мыльные пузыри. Ок. 1739 г.

Содержание

1 Структура

2 Физические основы

2.1 Поверхностное натяжение и форма

2.2 Замерзание пузырей

2.3 Объединение пузырей

2.4 Интерференция и отражения

3 Математические свойства

4 Как делать мыльные пузыри

4.1 Компоненты

4.2 Процедура

5 Литература

6 Ссылки

Структура

Пленка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключенного между двумя слоями молекул, чаще всего мыла. Эти слои содержат в себе молекулы, одна часть которых является гидрофильной, а другая гидрофобной. Гидрофильная часть привлекается тонким слоем воды, в то время как гидрофобная, наоборот, выталкивается. В результате образуются слои, защищающие воду от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхностное натяжение.

Пленка мыльного пузыря

Физические основы

Поверхностное натяжение и форма

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение, которое делает поведение поверхности похожим на поведение чего-нибудь эластичного. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества, например, мыло. Распространенное заблуждение состоит в том, что мыло увеличивает поверхностное натяжение воды. На самом деле, оно делает как раз обратное, уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. Когда мыльная пленка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение. Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. В дополнение к этому, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым, делая время жизни пузыря еще больше.

Сферическая форма пузыря также получается за счет поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и, тем самым, самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической.

Замерзание пузырей

Если надуть пузырь при температуре -15 °C, то он замерзнет при соприкосновении с поверхностью. Воздух, находящийся внутри пузыря, будет постепенно просачиваться наружу и в конце концов пузырь разрушится под действием собственного веса.

При температуре -25 °C пузыри замерзают в воздухе и могут разбиться при ударе о землю. Если при такой температуре надуть пузырь теплым воздухом, то он замерзнет почти в идеальной сферической форме, но по мере того, как воздух будет охлаждаться и уменьшаться в объеме, пузырь может частично разрушиться, и его форма будет искажена. Пузыри, надутые при такой температуре всегда будут небольшими, так как они будут быстро замерзать и если продолжать их надувать, то они лопнут.

Объединение пузырей

Когда два пузыря соединяются, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большего пузыря, так как меньший пузырь имеет большее внутреннее давление. Если пузыри одинакового размера, их общая стенка будет плоской.

Если пузырей больше чем три, они будут располагаться таким образом, что только три из них будут соприкасаться возле одной стенки. Так как поверхностное натяжение в точке соприкосновения пузырей одинаковое для каждой поверхности, угол между образующимися стенками составляет 120°. Поскольку пузыри всегда стремятся принять форму с наименьшей поверхностью, этот угол является самым эффективным. Поэтому пчелы, которые стремятся уменьшить расход воска, соединяют соты в ульях под этим же углом, формируя, тем самым, правильные шестиугольники.

Интерференция и отражения

Переливчатые цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

Когда свет сталкивается с плёнкой пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемое отражение определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, н

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать