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趣味物理学
1.1.1.6.13 肥皂泡
肥皂泡


您会吹肥皂泡吗?这件事情可并不像想象得那么简单。我原来也认为吹个肥皂泡不需要什么技巧,直到事实向我证明,吹出又大又漂亮的肥皂泡,的确是一门艺术,是需要好好练习的。那么,像吹肥皂泡这种无聊的事情,也值得去做吗?

肥皂泡在日常生活中并不会让人太去关注,至少我们不会饶有兴趣地谈起它。但是,物理学家对它却有完全不同的看法。“吹出一个肥皂泡,”伟大的英国科学家开尔文曾这样写道,“并且观察它,你会用毕生之力研究它,并且由它引出一堂又一堂的物理课程。”

的确,薄薄的肥皂泡表面上魔幻般的色彩,为物理学家测量光波的波长提供了可能,而研究这些脆弱的薄膜的张力,又有助于粒子间相互作用力定律的研究,这种力就是附着力,如果没有它,世界上除了最微小的灰尘以外就什么都不会存在了。

当然,下面要讲到的几个实验,并不是用来解决这些重大问题的。这只是一种有趣的娱乐,让您对吹肥皂泡的艺术有所了解。英国物理学家博伊斯在《肥皂泡》一书中,详尽地描写了一长串五花八门的肥皂泡实验,在这里我们只介绍几个最简单的实验。

肥皂泡可以用普通肥皂的溶液吹出(用香皂吹肥皂泡的效果要差一些),但是我们向十分感兴趣的读者推荐橄榄油肥皂或杏仁油肥皂,因为这两种肥皂最适合吹出又大又漂亮的肥皂泡。把一小块这样的肥皂放入干净的冷水里仔细地溶化,直到形成很浓稠的肥皂液。最好用干净的雨水或雪水,如果没有就用凉开水。为了能让肥皂泡更持久,普拉托建议在肥皂液中按体积加入三分之一的甘油。用一个小勺将溶液上面的泡沫和气泡去掉,再把一根细陶管的一端用肥皂里外抹一遍,然后插入到溶液中去。用一根10厘米左右长、尾端开成十字花型的麦秸也可以取出不错的肥皂泡。

吹肥皂泡的过程是这样的:把细管竖直地放到肥皂液里蘸一下,让管口形成一层肥皂液薄膜,然后小心翼翼地向管内吹气。由于肥皂泡里充满了从我们肺部呼出来的温暖气体,而这些气体比房间里的空气要轻一些,因此吹出的肥皂泡就会向上飘起。

如果能够成功地吹出直径10厘米以上的肥皂泡,就说明肥皂液是合格的,否则就要在肥皂液中继续加入肥皂,直到可以吹出这样大小的肥皂泡为止。但是这还不够,在肥皂泡吹出来以后,要在手指上蘸些肥皂液,并试着把手指伸进肥皂泡里;如果肥皂泡没破,则可以进行下一步实验;而如果肥皂泡破了,就要在肥皂液中再加入一些肥皂。

在做肥皂泡实验时一定要缓慢、仔细、平稳。光照也一定要尽可能充足,否则,吹出的肥皂泡就不会展现虹彩般绚丽的色彩。

下面就是几个有趣的肥皂泡实验。

肥皂泡中的花朵。把一些肥皂液倒在汤盘或者托盘上,使盘子的底部覆盖一层2~3毫米厚的肥皂液;在盘子中央放一枝花或者一只小花瓶,并用一个玻璃漏斗罩住。然后,慢慢地把漏斗抬起,从细管的这一端向里面吹气,于是就形成了一个肥皂泡;等到这个肥皂泡达到一定大小以后,将漏斗倾斜,慢慢地从下面的肥皂泡上拿开。这时,那朵花就被罩在一个透明的、半球形的、如彩虹般五光十色的透明罩子下面了。

也可以用一座小雕像来代替花朵,这样还能给这个小人带上一个肥皂泡做的皇冠。为此,需要在小雕像的头上滴一些肥皂液,在大肥皂泡吹出以后,把一根细管穿过大肥皂泡,在小雕像的头上再吹出一个小肥皂泡。

一个套一个的肥皂泡。首先,像在前一个实验中那样,用漏斗吹出一个大肥皂泡。然后把一根秸秆,除了我们要含在嘴里的那一端之外,全部浸入到肥皂液中并蘸上肥皂液,再把秸秆伸到第一个大肥皂泡里面,一直伸到中间,再慢慢地抽回来,在还没有抽到大肥皂泡边缘的时候,吹出第二个肥皂泡,这个肥皂泡就会被包在前一个里面了。如法炮制,可以再吹出第三个、第四个肥皂泡……

两个圆环之间的肥皂泡圆柱。首先,吹出一个球形肥皂泡,并把它放在下面的那个圆环上,然后把另一个沾有肥皂液的圆环贴在这个肥皂泡上,向上抬起,把肥皂泡拉长,直到形成一个圆柱为止。有趣的是,假如您把上面的圆环提升到比其周长更大的高度,圆柱的上一半就会缩小,另一半变大,最终分裂为两个肥皂泡。

肥皂泡的薄膜始终处于张力的作用之下,而且对它里面的空气产生压力;把漏斗口接近蜡烛的火焰,您就可以证实,这么薄的薄膜的力量并不是微不足道的,火焰会被明显地吹向一边。

当肥皂泡从温暖的房间进入到一个寒冷的房间时,您可以看到一个有趣的现象:它的体积会明显缩小。相反地,如果从寒冷的房间进入到温暖的房间,肥皂泡的体积就会膨胀。原因当然是肥皂泡内部空气的热胀冷缩。举例说明:如果在零下15℃的时候,肥皂泡的体积是1000立方厘米,那么,当它进入到温度是零上15℃的房间之后,它的体积大约会增加1000×30×1/273 ≈110立方厘米。

我们还需要指出,我们一般都会认为肥皂泡寿命很短,这并不完全正确:如果对肥皂泡进行精心的呵护,肥皂泡可以保存几十天。英国物理学家杜瓦(他因对空气液化的研究成果而享誉盛名)曾把肥皂泡保存在特制的瓶子里,隔绝灰尘、干燥和空气的震动,在这种条件下杜瓦成功地把肥皂泡保存了一个多月。美国的劳伦斯利用一个玻璃罩,把肥皂泡保存了好几年之久。