Их легко сделать с помощью подручных средств, однако они не так просты, как может показаться на первый взгляд. Расскажем, по каким научным законам живут мыльные пузыри и как сделать пузырь крепче и больше.
Пузырь из воды нестабилен и быстро лопается. Другое дело, если в воде растворить немного поверхностно-активного вещества (ПАВ), например мыла.
Молекулы ПАВов имеют две стороны: одна отталкивает воду (гидрофобная), другая к ней притягивается (гидрофильная). Когда мы намыливаем руки, молекулы грязи цепляются к гидрофобному концу, а гидрофильная сторона прикрепляется к воде и увлекает за собой молекулы мыла вместе с частичками грязи. Но как получаются пузыри?
В толще воды молекулы притягиваются друг к другу и распределяются равномерно. На поверхности всё по-другому. Там молекулы тесно взаимодействуют с соседями внутри жидкости, но очень слабо — с молекулами воздуха. Иными словами, они притягиваются соседями снизу и сбоку, а сверху — нет. Поэтому поверхность ведёт себя как растянутая эластичная плёнка.
Растворённые в жидкости ПАВы стремятся к поверхности (ведь одна сторона такой молекулы «боится» воды). Заменяя молекулы воды на поверхности, они снижают поверхностное натяжение, что позволяет площади поверхности увеличиваться. Когда мы надуваем пузырь, тонкая плёнка жидкости оказывается между двумя слоями молекул ПАВа (они стремятся наружу, а внутри и снаружи пузыря воздух). Поскольку из всех фигур одинакового объёма именно сфера имеет наименьшую площадь (а значит, наиболее энергетически выгодна), пузырь принимает её форму.
Мыльные пузыри имеют необычайно красивую радужную окраску. Все дело в интерференции — наложении световых волн. Когда свет падает на поверхность пузыря, часть волн отражается от внешней стороны мыльной плёнки, а другая проходит через неё, преломляется и отражается от внутренней поверхности.
Когда эти волны встречаются с отражёнными от внешней поверхности, их гребни и впадины не всегда совпадают. Если совпадают, то волны усиливают друг друга, если нет — ослабляют. Толщина плёнки неодинаковая, поэтому отразившиеся от неё лучи имеют разную длину волны.
В результате мы видим радужные разводы на пузыре. Под действием силы тяжести вода на плёнке стекает вниз, образуя характерные вихревые течения, в которых тоже видны причудливые цветовые пятна. Но незадолго до того, как лопнуть, мыльный пузырь теряет цвет, то есть становится прозрачным. Почему?
Чем тоньше водяной слой, тем меньше сдвиг по фазе у отражённого луча и меньше меняется цвет в результате интерференции. Значит, входной белый свет отражается без изменений. Толщина стенки пузыря равна примерно 25 нанометрам, но перед исчезновением она истончается до 10 нанометров (в 1000 раз тоньше человеческого волоса).
Кстати, структуру мыльной пены подробно описал бельгийский физик Жозеф Плато в 1873 году. Он экспериментально выявил закономерность: каждый пузырь стремится уменьшить площадь поверхности, поэтому пузырьки объединяются, чтобы разделить общую стенку (три стенки вместо шести), а угол между ними всегда равен 120 градусам.
Еще больше научных фактов об окружающем нас мире читайте по подписке на научно-популярный журнал «ДУМАЙ» https://dum.ai/?utm_source=dzen1
Также вам будет интересна статья 3 химических факта, которые помогут выбрать самое вкусное мороженое
Наш канал в телеграм https://t.me/dumai_russia
Наше сообщество в ВК https://vk.com/dumai_russi
По материалам статьи Эйри Дуйсеновой, журнал «ДУМАЙ», выпуск №50