1649
5
Если вы хоть раз видели шоу мыльных пузырей, то наверняка задавались вопросом, каким образом удается создать такие большие пузыри. Ответ просто - все дело в смеси. Если использовать профессиональный рецепт, то такое шоу можно устроить и дома.
Клуб любителей мыльных пузырей
Все любят пузыри независимо от возраста. И чем больше они - тем лучше. Но чтобы выдуть действительно большие, рекордно большие пузыри, требуется очень специфичная смесь. Физики определили, что ключевой ингредиент заключается в полимерах. Благодаря этому получается пленка, которая способно растянуться достаточно, чтобы образовался гигантский пузырь.
Это детское занятие может показаться вам несерьезным, но в его основе лежит настоящая наука. Изучением мыльных пузырей уже давно занимаются настоящие физики. В 1800-х годах бельгийский ученый Жозеф Плато изложил четыре закона поверхностного натяжения, которые определяют структуру мыльных пленок. Поверхностное натяжение является причиной того, что пузыри получаются круглыми. Именно круг имеет наименьшую площадь поверхности для данного объема и требует меньше энергии, чтобы ее поддерживать. Со временем эта форма начинает больше походить на футбольный мяч, чем на идеальную сферу, поскольку гравитация тянет жидкость вниз.
Мыльные пузыри и исследования
Пузыри и пена активно исследуются учеными. Например, в 2016 году французский физики разработали теоретическую модель точного механизма формирования мыльных пузырей при попадании струй воздуха на мыльную пленку. Они обнаружили, что пузырьки образуются только при определенной скорости движения воздуха. А скорость, в свою очередь, зависит от ширины струи. Если она достаточно широкая, то пузыри будут образовываться чаще. Кроме того, они будут больше, чем в том случае, если струя будет узкой и быстрой.
Все это и происходит, с точки зрения физики, когда мы выдуваем пузырьки через кольцо на конце маленькой пластиковой палочки. Наши губы и легкие образовывают струю воздуха, которая натягивает мыльную пленку внутри кольца.
Идеальные условия
Ученые также обнаружили, что существуют идеальные условия для создания пузырей. В 2018 году специалисты из Лаборатории прикладной математики Нью-Йоркского университета усовершенствовали метод их выдувания. Они пришли к выводу, что лучше всего использовать круглую палочку с периметром 3,8 см, а на мыльную пленку нужно мягко и непрерывно дуть со скорость примерно 6,9 м/с. Если струя воздуха будет быстрее, то пленка скорее всего лопнет. Если использовать круг большего или меньшего диаметра, то произойдет то же самое.
Но как насчет выдувания гигантских пузырей или длинных, тонких мыльных пленок высотой в несколько этажей? Джастин Бертон, физик из Университета Эмори, специализирующийся на динамике жидкостей, впервые заинтересовался этой темой на конференции в Барселоне. Он видел уличных артистов, выпускающих гигантские пузыри размером с автомобиль.
Изучение
Особенно его заинтересовала переливающаяся радуга цветов на поверхности пузырьков. Этот эффект обусловлен интерференцией света в тонких пленках. Это явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границы тонкой пленки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать.
Для Бертона это явление также стало признаком того, что толщина мыльной пленки составляла всего несколько микрон - величина, примерно эквивалентная длине волны света. Он был удивлен тому, что мыльная пленка может оставаться неповрежденной, когда растягивается в гигантский пузырь. Он начал проводить собственные эксперименты как в лаборатории, так и на своем заднем дворе.
В поисках идеальной смеси
Просматривая рецепты создания мыльных пузырей в открытом доступе, он заметил, что большинство самых успешных из них предполагает наличие полимера. Обычно это была пищевая добавка - гуаровая камедь или медицинская смазка - полиэтиленгликоль.
Используя эти рецепты в качестве руководства, Бертон приступил к экспериментам. «В основном мы просто делали пузыри, а затем лопали их, записывая скорость и динамику процесса. Фокусировка на жидкости в самый ответственный момент может много рассказать о процессах, которые происходят внутри нее», - рассказал он.
Конечная цель состояла в том, чтобы определить идеальные пропорции и ингредиенты для смеси. «Для создания гигантских пузырей нам требовалось хорошее растяжение и подходящая жидкость, которой бы не было слишком много», - говорит ученый.
Гигантские пузыри
Для своего эксперимента исследователи создали несколько различных смесей из воды, мыла и длинноцепочечных полимеров. К сожалению, в лабораторном пространстве просто не помещались пузыри объемом более 100 кубических метров. Кроме того, их было довольно сложно измерить. Однако ученым удалось зафиксировать толщину пузырей при помощи инфракрасного света, а также они отслеживали продолжительность жизни каждого из них.
В результате Бертон и его команда пришли к выводу, что именно длинноцепочечные полимеры были ключом к созданию более прочной пленки. «Полимерные нити запутываются, образуя что-то вроде плотного комка. В результате получаются более длинные цепи, которые сложнее разорвать. При правильной комбинации мыльный раствор становится вязким, но при этом эластичным», - говорит физик.
Вы можете Найи рецепт гигантского пузыря Бертона ниже. Но будьте осторожны - некоторые факторы невозможно контролировать вне лабораторных условий: например, уровень влажности.
Рецепт идеальных пузырей
Вам понадобятся:
- 1 литр воды.
- 50 миллилитров профессионального моющего средства Dawn.
- 2-3 грамма гуаровой камеди.
- 50 миллилитров этилового спирта.
- 2 грамма разрыхлителя.
Инструкция по изготовлению
Делается смесь так:
- Влейте в гуаровую камедь спирт. Перемешивайте их до тех пор, пока не останется комков.
- Смешайте эту жидкость с водой и аккуратно помешивайте в течение 10 минут. После чего оставьте ее ненадолго, чтобы камедь пропиталась водой. Затем снова перемешайте. У вас должна получиться смесь, похожая на жидкий суп или желатин.
- Добавьте разрыхлитель и снова перемешайте.
- Влейте в раствор профессиональное моющее средство Dawn. Будьте аккуратны - от него может образоваться пена, которая нам не нужна.
- Опустите огромную палочку-пузырь с волокнистой нитью в смесь, а затем медленно вытяните ее обратно. Выдуйте пузырь, проводя палкой по воздуху или дуя на мыльную пленку.
Готово, теперь вы можете развлекать детей на утренниках и днях рождений!
Увлекательнее и в то же время проще занятия, чем надувание мыльных пузырей, люди еще не придумали. Все необходимые компоненты доступны и стоят недорого. В эту забаву можно играть в любое время года (жарким летом и холодной зимой) как в помещении, так и на улице. А теперь, когда вы знаете о физической подоплеке этого занятия, пускать пузыри будет еще интереснее!
А ЧТО ВЫ ДУМАЕТЕ ОБ ЭТОМ?