爲什麼肥皂氣泡是圓的?
因爲表面張力使液體膜總是把自己拉緊,使自己儘量處於一種最緊湊的狀態——自然界裏最緊湊的形狀就是球形。因此,肥皂泡裏面的空氣緊湊地擠在一起,產生的力與圍繞肥皂泡的外力相同。
我們都喜歡泡泡,特別是滾圓滾圓、又閃着虹彩的肥皂泡。英國科學家查•波易斯出於對這種現象的好奇撰寫了一本200頁的書,書名叫做《肥皂泡的色彩和塑形力》。波易斯稱氣泡爲“華麗的東西”,認爲使氣泡成形的力存在於所有液體中,倒茶或者趟河時都會看到氣泡泛起。
可以想象向氣球裏注水的情景,水注得越多,橡膠皮的氣球就越大,直到脹爆。再想象一下水滴:水掛在水龍頭口上聚集成滴,越聚越大,大到一定程度後會最終掉下來。波易斯提出一個問題:水滴到底爲什麼會掛在水龍頭上,就好像水被裝在像氣球一樣的塑料袋裏,直到裝得太多袋子就破掉或掉下來呢?
事實上水滴外面並沒有袋子。但是波易斯認爲,一定存在着某種無形的表皮使水能夠聚集成滴。這種“表皮”其實是水以及其他液體的一種性質,即表面張力。以水爲例,在液麪下,水分子之間有很強的吸引力,但表面的水分子與其上的空氣分子之間並沒有吸引作用,它們只受到下面的水分子向下、向內的吸引,這種“表面張力”便起到了水滴的“表皮”的作用。這層“表皮”使水滴能夠掛在水龍頭上,直到超重之後才掉下來。
不同液體有不同強度的“表皮”。比如,酒精的表面張力就比水小很多,根本不會成滴。但是水銀的表面張力卻是水的6倍,從破碎的溫度計裏流出的水銀珠可以在地板上滾來滾去。用肥皂水能吹出泡泡來也是因爲有表面張力。用吸管在肥皂水裏蘸一下,在吸管的橫截面上就形成一層膜,如果對着吸管另一端吹氣,這層膜就像氣球一樣鼓起來,然後形成一個閉合的空氣泡,風一吹就飄走了。
由於肥皂泡表面是有彈性的,肥皂泡裏的空氣承受着壓力——跟氣球裏的情形一樣。壓力的大小取決於肥皂泡曲面繃緊的程度,曲面越緊繃,肥皂泡越小,裏面空氣的力就越大。波易斯透過實驗發現,肥皂泡破碎的情形跟充氣氣球鬆開扎口的情形一樣,氣體從氣泡裏射出來,有時竟然可以吹滅蠟燭。
那麼肥皂泡到底爲什麼是圓的呢?這是因爲表面張力使液體膜總是把自己拉緊,使自己儘量處於一種最緊湊的狀態——自然界裏最緊湊的形狀就是球形。因此,肥皂泡裏面的空氣緊湊地擠在一起,產生的力與圍繞肥皂泡的外力相同。但是波易斯發現,對正圓形的肥皂泡施加外力也可以改變它的形狀,比如,如果用兩個環粘住肥皂泡,然後把兩個環向兩端拉,肥皂泡就可以變成圓柱形。但是,這種非圓形的肥皂泡體積越大就越容易破碎。一個很長很長的圓柱形肥皂泡中間會慢慢變細,繼而分開,最終形成兩個單獨的半圓泡。
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