只不过,要把泡泡玩出花来,可能就不是那么大略了。泡泡虽然看似很薄弱,但实在它们也有一些繁芜的物理知识根本作为支撑,长期以来,在物理学界,吹泡泡一贯都是一门“严明的科学”。
以是有一群看似正经的物理学家,他们想的却是如何“吹”出世界上最好、最大的泡泡,要问为什么?别问,问便是要最大的!
如何“吹好”泡泡?
早在19世纪,比利时物理学家约瑟夫·普拉托就概述了决定肥皂膜构造的四条基本表面张力定律,即普拉托定律。
根据他提出的定律,泡泡之以是会呈圆形是由于水的表面张力。由于重力的存在,液体会被这股力量往下拉,但是水分子间的相互吸引力比水分子与空气之间的吸引力强,因此气液间的表面积就会增大,在这个过程中,液体会逐渐“变胖”,其形状看起来就像是一个圆。而当给定的体积不变时,圆形的表面积是最小的,也便是说,须要的能量最少,以是泡泡就朝着调皮的方向发展了。
在普拉托之后,也有不少科学家都开始加入到“如何吹泡泡”这项事情,先别急着笑,这可真不是为了娱乐,他们是在正经玩。
20世纪40年代时,美国植物学家埃德温·马茨克(Edwin Matzke)就在他的实验室里开始手工制造泡泡,他把稳到泡泡的形状和植物组织中的细胞很相似,于是试图通过泡泡来解读细胞的某些特性...(不得不说,想法很独特啊。)
到了1994 年,来自爱尔兰的数学家们都不再自己吹泡泡了,而是利用打算机建模来确定最佳几何形状的泡泡;其余,德国和美国的科学家们则利用声学悬浮(巨大的声波)使泡泡悬浮在半空中,而这是为了不雅观察环抱声对泡泡中繁芜谐波构造的影响。(看起来很厉害的亚子..)
间隔现在更近一点的2006年,来自哈佛大学的科学家创造,在肥皂液中加入眇小的胶体颗粒能够在泡泡水形状成一层“保护膜”,让产生的泡泡更加稳定,并且还能塑造出不同的形状。除此之外,科学家们乃至构建了初步的微流体泡泡逻辑(AND / OR / NOT)设备,可用于传输治疗药物或化学试剂。
如何吹大泡泡?
但是到了近几年,物理学家们又转向了一个新的方向——怎么才能将泡泡吹得更大呢?
既然是“吹”,那一定少不了气流的浸染。在2016年,法国国家科学研究中央的两位物理学家制订了一个理论模型,用来试验气流喷射到肥皂液膜时形成气泡的确切机制。
为此他们还专门制作了一个大型“造泡泡”设备,用来伸开足足一米宽的垂直皂液膜。首先将肥皂溶液小心地倒在设备的棉线上,接着拉开两根粘连在一起的棉线,让肥皂溶液形成一层薄的皂液膜。
准备完成后,他们用流速不同的气体向皂液膜喷射,并利用高速摄像机拍摄不雅观察吹入气体的速率和气泡的产生情形。
结果创造,气泡仅在一定速率以上才会形成,而速率又取决于喷射气流的宽度,如果射流较宽,那么形成气泡的阈值将较低,大略来说,便是喷射的这股气流要和你皂液膜宽度相等乃至更宽,气泡才会更随意马虎形成。
大家也可以回忆小时候吹泡泡的那根小棒子,上面的圆环一样平常都会比嘴巴要小,由于我们是通过嘴巴吹出气流。
这还没完,在上面研究的根本上,纽约大学运用数学实验室的数学家对此进行了微调,进一步得出了推动液膜形成泡泡所需的流速,以及这种流速和圆圈尺寸等数据的干系参数。
根据他们的实验创造,气流对泡泡的影响有两种不同的办法:一种是用强劲而稳定的风推动圆形的皂液膜来形成泡泡;另一种则是通过运送缓慢而柔柔的风注入到小泡泡中,再把泡泡逐步吹大。
而我们看到街头演出弄出的巨型泡泡就用到了第一种方法,演出者会跑起来或者快速挥舞手臂,来供应皂液膜“变凹”所须要的强劲而稳定的气流。
除了气流成分之外,肥皂液的组成身分也是“吹出大泡泡”另一个非常主要的成分。
说到这里,那就不得不提一下美国埃默里大学的贾斯汀·伯顿(Justin Burton)副教授,他在巴塞罗那开会时遇见街头演出者吹出了巨大的泡泡,在阳光的照耀下,泡泡涌现了薄膜干涉的光学征象。
对此,伯顿教授知道这是由于光从薄膜的两个表面反射时产生的干涉图样所致,让他感到惊异的并非这个,而是如此薄的泡泡是怎么坚持那么大表面积却没有分裂。
于是他回到家后开始研究泡泡的配方,并且还叫上了他的学生在实验室一起玩吹泡泡。
经由多次实验,他创造聚合物对大泡泡的形成起了至关主要的浸染,由于聚合物可以赌气泡的坚韧度提高,从而让泡泡吹得更大还不随意马虎爆开。
贾斯汀·伯顿和他的学生在一起“玩泡泡”
末了给大家大略先容下大泡泡的入门配方:1KG等离子水(便是普通矿泉水)、50ml洗涤剂、2~3克瓜尔胶(一种常见的增稠食品添加剂,充当聚合物)、2克发酵粉、50ml酒精。
除了配方,吹大泡泡的工具也很主要。在Soap Bubble Wiki上先容了一种低廉甜头的工具,能吸取尽可能多的泡泡水,吹出大泡泡。
有条件的同学可以自己试试,成功吹出巨型泡泡的可以在留言区见告大家,或者发出来让大家康康。