Мильна бульбашка

1. Поверхневий натяг і форма [ правити | правити код ]
2. Замерзання бульбашок [ правити | правити код ]
3. Об'єднання бульбашок [ правити | правити код ]
4. Інтерференція і відображення [ правити | правити код ]
5. компоненти [ правити | правити код ]
6. процедура [ правити | правити код ]

Мильна бульбашка - тонка багатошарова плівка мильної води, наповнена повітрям, зазвичай у вигляді сфери з переливчастої поверхнею . Мильні бульбашки зазвичай існують лише кілька секунд і лопаються при дотику або мимовільно. Їх часто використовують в своїх іграх діти .

Через недовговічності мильний міхур став синонімом чогось привабливого, але беззмістовного і недовговічного. іноді акції на нових ринках порівнюють з мильними бульбашками, в разі штучного роздуття їх цінності їх називають «дутими».

Плівка міхура складається з тонкого шару води, укладеного між двома шарами молекул, найчастіше мила. Ці шари містять в собі молекули, одна частина яких є гидрофильной , А інша гидрофобной . Гідрофільна частина залучається тонким шаром води, в той час як гідрофобна, навпаки, виштовхується. В результаті утворюються шари, що захищають воду від швидкого випаровування, а також зменшують поверхневий натяг .

Поверхневий натяг і форма [ правити | правити код ]

Пузир існує тому, що поверхню будь-якої рідини (в даному випадку води) має деякий поверхневий натяг , Яке робить поводження поверхні схожим на поведінку чогось еластичного . Однак міхур, зроблений тільки з води, нестабільний і швидко лопається. Для того, щоб стабілізувати його стан, у воді розчиняють які-небудь поверхнево активні речовини , Наприклад мило. Поширена помилка полягає в тому, що мило збільшує поверхневий натяг води. Насправді воно робить якраз протилежне: зменшує поверхневий натяг приблизно до третини від поверхневого натягу чистої води. Коли мильна плівка розтягується, концентрація мильних молекул на поверхні зменшується, збільшуючи при цьому поверхневий натяг . Таким чином мило вибірково підсилює слабкі ділянки міхура, не даючи їм розтягуватися далі. На додаток до цього, мило охороняє воду від випаровування, тим самим роблячи час життя міхура ще більше.

Сферична форма міхура також виходить за рахунок поверхневого натягу . Сили натягу формують сферу тому що сфера має найменшу площу поверхні при даному обсязі. Ця форма може бути істотно викривлена ​​потоками повітря і самим процесом надування бульбашки. Однак, якщо залишити міхур плавати в спокійному повітрі, його форма дуже скоро стане близькою до сферичної.

Замерзання бульбашок [ правити | правити код ]

Є свідчення замерзання мильних бульбашок при температурі близько -10 ° C [1] . З метою запобігання руйнування міхура при замерзанні, рекомендується надувати мильну бульбашку повітрям вуличної температури (наприклад, швидким переміщенням кільця), а не теплим повітрям з рота.

Якщо надути бульбашку при температурі -15 ° C , То він замерзне при зіткненні з поверхнею. Повітря, що знаходиться всередині міхура, буде поступово просочуватися назовні і в кінці кінців міхур зруйнується під дією власної ваги.

При температурі -25 ° C бульбашки замерзають в повітрі і можуть розбитися при ударі об землю. Якщо при такій температурі надути бульбашку теплим повітрям, то він замерзне майже в ідеальній сферичній формі, але в міру того, як повітря буде охолоджуватися і зменшуватися в обсязі, міхур може частково зруйнуватися, і його форма буде спотворена. Бульбашки, надуті при такій температурі, завжди будуть невеликими, так як вони будуть швидко замерзати, і якщо продовжувати їх надувати, то вони лопнуть.

Об'єднання бульбашок [ правити | правити код ]

Коли два міхура з'єднуються, вони приймають форму з найменшою можливою площею поверхні. Їх загальна стінка буде випинатися всередину більшого міхура, так як менший міхур має велику середню кривизну і більший внутрішній тиск. Якщо бульбашки однакового розміру, їх загальна стінка буде плоскою.

Правила, яким підкоряються бульбашки при з'єднанні, були експериментально встановлені в XIX столітті бельгійським фізиком Жозефом Плато і доведені математично в 1976 р Жаном Тейлором .

• Мильні плівки являють собою кусково гладкі поверхні, середня кривизна яких постійна на кожному гладкому ділянці.
• Якщо бульбашок більше ніж три, вони будуть розташовуватися таким чином, що біля одного краю можуть з'єднуватися тільки три стінки, при цьому кути між ними будуть рівні 120 °, в силу рівності поверхневого натягу для кожної дотичної поверхні.
• Лінії перетину поверхонь перетинаються в одній точці по чотири штуки, причому кут між будь-якими двома дорівнює arccos (-1/3) ≈109,47 °.

Бульбашки, що не підкоряються цим правилам, в принципі можуть утворюватися, однак будуть сильно нестійкими і швидко приймуть правильну форму або зруйнуються. бджоли , Які прагнуть зменшити витрату воску , з'єднують стільники в вуликах також під кутом 120 °, формуючи, тим самим, правильні шестикутники .

Інтерференція і відображення [ правити | правити код ]

Переливчасті «райдужні» кольори мильних бульбашок спостерігаються внаслідок інтерференції світлових хвиль і визначаються товщиною мильної плівки.

коли промінь світла проходить крізь тонку плівку міхура, частина його відбивається від зовнішньої поверхні, формуючи перший промінь, в той час як інша частина проникає всередину плівки і відбивається від внутрішньої поверхні, утворюючи другий промінь. Спостережуваний в відображенні колір випромінювання визначається інтерференцією цих двох променів. Оскільки кожен прохід світла через плівку створює зсув по фазі пропорційний товщині плівки і обернено пропорційний довжині хвилі, результат інтерференції залежить від двох величин. Відбиваючись, деякі хвилі складаються в фазі, а інші в протифазі, і в результаті біле світло, що стикається з плівкою, відбивається з відтінком, залежних від товщини плівки.

У міру того, як плівка стає тоншою через випаровування води, можна спостерігати зміну кольору міхура. Більш товста плівка прибирає з білого світла червоний компонент, роблячи тим самим відтінок відбитого світла синьо-зеленим. Більш тонка плівка прибирає жовтий (залишаючи синє світло), потім зелений (залишаючи пурпурний), і потім синій (залишаючи золотисто-жовтий). Зрештою стінка міхура стає тоншою, ніж довжина хвилі видимого світла, все це позначається хвилі видимого світла складаються в протифазі і ми перестаємо бачити віддзеркалення зовсім (на темному тлі ця частина міхура виглядає «чорною плямою»). Коли це відбувається, товщина стінки мильної бульбашки менше 25 нанометрів , І міхур, швидше за все, скоро лопне.

Ефект інтерференції також залежить від кута, з яким промінь світла стикається з плівкою міхура. Таким чином, навіть якщо б товщина стінки була всюди однаковою, ми б все одно спостерігали різні кольори через рух міхура. Але товщина міхура постійно змінюється через гравітації, яка стягує рідина в нижню частину так, що зазвичай ми можемо спостерігати смуги різного кольору, які рухаються зверху вниз.

• У цій діаграмі промінь світла стикається з поверхнею в точці X. Частина світла відбивається, а частина проходить через зовнішню поверхню і відбивається від внутрішньої.

• На цій діаграмі зображені два променя червоного світла (промені 1 і 2). Обидва промені розбиваються на два, але нас цікавлять тільки ті частини, які зображені суцільними лініями. Розглянемо промінь, що виходить з точки Y. Він складається з двох променів, накласти один на інший: частини променя 1, яка пройшла через стінку міхура і частини променя 2, яка відбилася від зовнішньої поверхні. Луч, що пройшов через точки XOY подорожував довше променя 2. Припустимо, сталося так, що довжина XOY пропорційна довжині хвилі червоного світла, тому два променя складаються в фазі.

• Ця діаграма схожа на попередню, за винятком того, що довжина хвилі світла інша. Цього разу відстань XOY непропорційно довжині хвилі, і промені складаються в протифазі. В результаті, синє світло не відбивається від міхура з такою товщиною стінки.

• Це комп'ютерне зображення показує кольору, відбиті тонкою плівкою води, освітленій неполяризованим білим світлом.

Мильні бульбашки також є фізичною ілюстрацією проблеми мінімальної поверхні , Складної математичної задачі. Наприклад, незважаючи на те, що з 1884 року відомо, що мильна бульбашка має мінімальну площу поверхні при заданому обсязі, тільки у 2000 році було доведено [2] , Що два об'єднаних міхура також мають мінімальну площу поверхні при заданому об'єднаному обсязі. Це завдання було названо теоремою подвійного міхура. Також лише з появою геометричній теорії міри вдалося довести, що оптимальна поверхня буде кусочно-гладкою , А не нескінченно зламаною.

Плівка мильної бульбашки завжди прагне мінімізувати свою площу поверхні. Це зв'язано з тим що вільна енергія рідкої плівки пропорційна площі її поверхні і прагне до досягнення мінімуму:

Δ F = σ S {\ displaystyle \ Delta {\ mathcal {F}} = \ sigma S}

де σ {\ displaystyle \ sigma} - поверхневий натяг речовини, а S {\ displaystyle S} - повна площа поверхні плівки. Оптимальна форма окремого міхура - сфера, проте кілька бульбашок, об'єднаних разом, мають набагато більш складну форму.

Найпростіший спосіб - використовувати спеціальну рідину для мильних бульбашок (яка продається в якості іграшки) або просто змішати засіб для миття посуду з водою. Але останній спосіб може не дати таких хороших результатів, яких хотілося б отримати, міхур із засобу для миття посуду буде швидко лопатися. Тому нижче наведено кілька прийомів, які допомагають поліпшити результат:

компоненти [ правити | правити код ]

• Речовини, які зменшують поверхневий натяг води, наприклад рідке мило або дитячий шампунь. Чим чистіше мило (без домішок парфуму або інших добавок), тим кращий результат може вийти.
• Речовини, що ущільнюють воду. Найбільш часто використовується гліцерин (Який можна купити в аптеці ). Також можна використовувати цукор , Який краще розчиняти в теплій воді. Однак щільність води може стати занадто великий, тому важливо дотримуватися помірності.
• Дистильована вода . Вода з-під крана містить іони кальцію, які пов'язують мило. При використанні дистильованої води вплив даного ефекту на якість мильної бульбашки значно нижче.

процедура [ правити | правити код ]

• Якщо залишити суміш відкритої на кілька годин, її щільність теж стане вище. Але, знову, якщо вона стане занадто високою, видувати бульбашки буде складно.
• Краще уникати бульбашок або піни на поверхні суміші, акуратно їх прибираючи або просто дочекавшись, поки вони зникнуть.
• Те, наскільки просто буде робити бульбашки, залежить від безлічі різних факторів. Різне мило, різні умови навколишнього середовища, наприклад, краще уникати пильної повітря або вітру. Також, чим більше вологість повітря, тим краще, а значить краще робити бульбашки в дощовий день. Іншими словами, найкращий спосіб знайти ідеальне рішення - це метод проб і помилок.
• Велике значення має матеріал і форма трубочки або кільця для видування бульбашок. Кільце використовується для створення безлічі відносно невеликих бульбашок. Трубочка для створення одного великого міхура. Якщо використовувати трубку з картону, з товстими щільними стінками 1,5-2 мм, і внутрішнім діаметром 10-12 мм, можна отримати довго живе (до декількох хвилин), причеплений до трубки міхур, з розмірами більше 30 см в діаметрі. Використання великого внутрішнього діаметра дозволяє вдувати повітря в достатньому обсязі, і з мінімальною швидкістю, зменшуючи коливання міхура і ризик його зісковзування з трубки. Товсті картонні стінки - дозволяють «запасати» більшу кількість розчину, за рахунок вбирання, тим самим підживлюючи міхур в процесі. Однак надмірна кількість рідини, може викликати утворення краплі в нижній частині міхура, і його «зрив» внаслідок великої ваги. Довжина трубки підбирається індивідуально, так як коротка трубка (8-10 см) легше в управлінні і компенсації коливань міхура, для його утримання, а більш довга (15-20 см і більше) дозволяє нівелювати повітряні потоки утворюються при вдиханні і видихання повітря, які можуть «розгойдати» і відчепити міхур. Змагання в розмірах бульбашок - спокійне і споглядальне заняття, надування безлічі маленьких бульбашок - більш веселе дійство.

Шоу мильних бульбашок - це і розвага, і мистецтво. Створення ефектних бульбашок вимагає від артиста високого рівня майстерності, а також здатності приготувати мильний розчин ідеальної якості. Деякі художники створюють гігантські бульбашки, часто обгортають об'єкти або навіть людей. Іншим вдається створити бульбашки в формі куба , тетраедра і інших фігур. Часто, для посилення візуального ефекту, бульбашки заповнюють димом або пальним газом, поєднують з лазерною ілюмінацією або відкритим вогнем.

2 березня 2017 року росіянка Людмила Дар'їно встановила рекорд «Книги рекордів Гіннесса» «Найбільша кількість людей всередині мильної бульбашки» [3] - 374 людини. 30 січня 2018 року цей рекорд був внесений і в «Книгу рекордів Росії»] [4] як світової.

https://pp.userapi.com/c837621/v837621041/5ec2f/UEaGREnWgzM.jpg