Sæbeboble

En sæbeboble  er en tynd flerlagsfilm af sæbevand fyldt med luft, normalt i form af en kugle med en iriserende overflade . Sæbebobler varer normalt kun et par sekunder og brister ved berøring eller spontant. De bruges ofte i deres spil af børn .

På grund af sæbeboblens skrøbelighed er den blevet synonymt med noget attraktivt, men tomt og kortvarigt. Nogle gange sammenlignes aktier på nye markeder med sæbebobler, i tilfælde af kunstig inflation af deres værdi kaldes de "oppustede".

Sæbeboble vægstruktur

Boblefilmen består af et tyndt lag vand klemt mellem to lag molekyler, oftest sæbe. Disse lag indeholder molekyler, hvoraf den ene del er hydrofil og den anden hydrofob . Den hydrofile del tiltrækkes af et tyndt lag vand, mens den hydrofobe del tværtimod skubbes ud. Som et resultat dannes der lag, der beskytter vand mod hurtig fordampning, samt reducerer overfladespændingen .

Fysiske fundamenter

Overfladespænding og form

Boblen eksisterer, fordi overfladen af ​​enhver væske (i dette tilfælde vand) har en vis overfladespænding , som får overfladen til at opføre sig som noget elastisk . Men en boble, der kun er lavet af vand, er ustabil og brister hurtigt. For at stabilisere dets tilstand opløses nogle overfladeaktive stoffer , såsom sæbe, i vand. En almindelig misforståelse er, at sæbe øger vandets overfladespænding. Faktisk gør det lige det modsatte: det reducerer overfladespændingen til omkring en tredjedel af rent vands. Når en sæbefilm strækkes, falder koncentrationen af ​​sæbemolekyler på overfladen, hvilket øger overfladespændingen . Således styrker sæben selektivt de svage områder af boblen, og forhindrer dem i at strække sig yderligere. Ud over dette forhindrer sæben vandet i at fordampe og gør dermed boblens levetid endnu længere.

Den sfæriske form af boblen opnås også på grund af overfladespænding . Spændingskræfter danner en kugle, fordi en kugle har det mindste overfladeareal for et givet volumen. Denne form kan blive betydeligt forvrænget af luftstrømme og selve bobleoppumpningsprocessen. Men hvis boblen efterlades til at flyde i stille luft, vil dens form meget hurtigt blive tæt på kugleformet.

Frysning af bobler

Der er tegn på, at sæbebobler fryser ved temperaturer omkring -10 °C [1] . For at undgå, at boblen knækker, når den fryser, anbefales det at puste sæbeboblen op med udendørstemperaturluft (f.eks. ved at flytte ringen hurtigt), og ikke med varm luft fra munden.

Hvis du puster en boble op ved -15 ° C , fryser den ved kontakt med overfladen. Luften inde i boblen vil gradvist lække ud, og til sidst vil boblen kollapse under sin egen vægt.

Ved -25°C fryser boblerne i luften og kan knække, når de rammer jorden. Hvis du puster en boble op med varm luft ved denne temperatur, vil den fryse i en næsten perfekt kugleform, men efterhånden som luften afkøles og aftager i volumen, kan boblen delvist kollapse, og dens form vil blive forvrænget. Bobler pustet op ved denne temperatur vil altid være små, da de vil fryse hurtigt, og hvis du fortsætter med at puste dem op, vil de briste.

Boblefletning

Når to bobler kommer sammen, antager de form med det mindst mulige overfladeareal. Deres fælles væg vil bule inde i den større boble, da den mindre boble har en større middelkrumning og større indre tryk. Hvis boblerne har samme størrelse, vil deres fælles væg være flad.

De regler, som bobler adlyder, når de er forbundet, blev eksperimentelt etableret i det 19. århundrede af den belgiske fysiker Joseph Plateau og matematisk bevist i 1976 af Jean Taylor).

Bobler, der ikke overholder disse regler, kan i princippet dannes, men de vil være meget ustabile og hurtigt få den rigtige form eller kollapse. Bier , som søger at reducere voksforbruget , forbinder kammene i bistaderne også i en vinkel på 120° og danner således regulære sekskanter .

Interferens og refleksioner

Iriserende "regnbue" -farver af sæbebobler observeres på grund af interferens af lysbølger og bestemmes af sæbefilmens tykkelse.

Når en lysstråle passerer gennem boblens tynde film, reflekteres en del af den fra den ydre overflade og danner den første stråle, mens en anden del trænger ind i filmen og reflekteres fra den indre overflade og danner den anden stråle. Farven på den stråling, der observeres i refleksionen, bestemmes af interferensen af ​​disse to stråler. Da hver passage af lys gennem en film skaber en faseforskydning proportional med filmens tykkelse og omvendt proportional med bølgelængden, afhænger resultatet af interferensen af ​​to størrelser. Når de reflekteres, tilføjes nogle bølger i fase, mens andre er ude af fase, og som følge heraf reflekteres det hvide lys, der kolliderer med filmen, med en farvetone afhængig af filmens tykkelse.

Da filmen bliver tyndere på grund af fordampning af vand, kan der observeres en ændring i boblens farve. En tykkere film fjerner den røde komponent fra det hvide lys, hvorved det reflekterede lys bliver blågrønt. En tyndere film fjerner gul (efterlader blåt lys), derefter grøn (efterlader magenta) og derefter blå (efterlader gylden gul). I sidste ende bliver boblevæggen tyndere end bølgelængden af ​​synligt lys, alle de reflekterede bølger af synligt lys går op i modfase, og vi holder op med at se reflektionen overhovedet (på en mørk baggrund ligner denne del af boblen en "sort plet"). Når dette sker, er sæbeboblens vægtykkelse mindre end 25 nanometer , og boblen vil sandsynligvis snart briste.

Interferenseffekten afhænger også af den vinkel, hvormed lysstrålen rammer boblefilmen. Således, selvom vægtykkelsen var den samme overalt, ville vi stadig observere forskellige farver på grund af boblens bevægelse. Men boblens tykkelse ændrer sig konstant på grund af tyngdekraften, som trækker væsken til bunden, så vi normalt kan se striber i forskellige farver, der bevæger sig fra top til bund.

Matematiske egenskaber

Sæbebobler er også en fysisk illustration af minimumsoverfladeproblemet , et komplekst matematisk problem. For eksempel, mens det har været kendt siden 1884, at en sæbeboble har et minimumsoverfladeareal for et givet volumen, var det først i 2000, at to fusionerede bobler også viste sig at have et minimumsoverfladeareal for et givet kombineret volumen. Dette problem er blevet kaldt dobbeltboblesætningen. Også kun med fremkomsten af ​​geometrisk måleteori var det muligt at bevise, at den optimale overflade vil være stykkevis glat og ikke uendeligt brudt.

Filmen af ​​en sæbeboble har altid en tendens til at minimere dens overfladeareal. Dette skyldes det faktum, at den frie energi af en flydende film er proportional med dens overfladeareal og har tendens til at opnå et minimum:

hvor  er stoffets overfladespænding, og  er filmens samlede overfladeareal. Den optimale form for en enkelt boble er en kugle, men flere bobler kombineret har en meget mere kompleks form.

Bobleshow

Sæbebobleshow er både underholdning og kunst. At skabe spektakulære bobler kræver et højt niveau af færdigheder fra kunstneren, såvel som evnen til at forberede en sæbeopløsning af perfekt kvalitet. Nogle kunstnere skaber gigantiske bobler, der ofte pakker sig rundt om genstande eller endda mennesker. Andre formår at skabe bobler i form af en terning , et tetraeder og andre former. For at forstærke den visuelle effekt er boblerne ofte fyldt med røg eller brændbar gas kombineret med laserbelysning eller åben ild.

Optegnelser

Den 2. marts 2017 satte den russiske kvinde Lyudmila Darina Guinness rekordbog "Det største antal mennesker inde i en sæbeboble" [3]  - 374 personer. Den 30. januar 2018 blev denne rekord også inkluderet i " Russian Book of Records "] [4] som verdensrekord.

Optag billede

Historie

Plateau, Joseph var en af ​​de første i Europa til videnskabeligt at studere figurer fra sæbefilm, beskrev resultaterne og formulerede det problem, der bærer hans navn: Plateau's problem . I den enkleste formulering kan det formuleres som følger: "find overfladen af ​​det mindste område afgrænset af en given lukket rumlig kontur" . Han foreslog også dens fysiske løsning ved hjælp af sæbefilm.

Se også

Noter

  1. ↑ Sæbeboblefrysning på YouTube
  2. ↑ M. Hutchings, F. Morgan, M. Ritoré, A. Ros Bevis for dobbeltbobleformodningen Arkiveret 29. januar 2019 på Wayback Machine // Ann. af matematik. (2), bind. 155 (2002), nr. 2, 459-489.
  3. ↑ De fleste mennesker inde i en sæbeboble  (engelsk) , Guinness World Records . Arkiveret fra originalen den 21. marts 2018. Hentet 20. marts 2018.
  4. ↑ Rusland, Rekordbog . Det største antal mennesker inde i en sæbeboble (verdensrekord)  (polsk) , RUSLANDS RUSLANDS REKORDBOG . Arkiveret fra originalen den 20. marts 2018. Hentet 20. marts 2018.

Litteratur