Мыльный пузырь — тонкая плёнка мыльной воды, которая формирует сферу с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно. Их часто используют в своих играх дети, но использование пузырей в развлекательных шоу показывает, что и взрослым они тоже нравятся.
Цитата
Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение, которое делает поведение поверхности похожим на поведение чего-нибудь эластичного. Однако, пузырь, сделанный только из воды, нестабилен и быстро лопается. Для того, чтобы стабилизировать его состояние, в воде растворяют какие-нибудь поверхностно-активные вещества, например, мыло. Распространённое заблуждение состоит в том, что мыло увеличивает поверхностное натяжение воды. На самом деле, оно делает как раз обратное, уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. Когда мыльная плёнка растягивается, концентрация мыльных молекул на поверхности уменьшается, увеличивая при этом поверхностное натяжение. Таким образом, мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. В дополнение к этому, мыло предохраняет воду от испарения, тем самым делая время жизни пузыря еще больше.
Сферическая форма пузыря также получается за счёт поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Эта форма может быть существенно искажена потоками воздуха и самим процессом надувания пузыря. Однако, если оставить пузырь плавать в спокойном воздухе, его форма очень скоро станет близкой к сферической. wikipedija
Пускание мыльных пузырей очень веселое занятие, любимое не только детьми. Его история насчитывает более 400 лет. За этим занятием проводили время и взрослые и дети, что засвидетельствовали многие художники разных времен. Jean-Siméon Chardin, Soap Bubbles, or Young Man Blowing Bubbles, ca. 1734 Marquise de Pompadour, Child Blowing Soap Bubbles, Etching, 1751 Pierre Mignard, Girl Blowing Soap Bubbles, 1674 Elizabeth Gardner-Bouguereau, 1871 Источник.
Все знают, что пузыри переливаются всеми цветами радуги, поэтому очень красивы. причина в интерференции света. Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.
Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки. По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет), затем зелёный (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый). В конце концов стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном»). Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет.
Эффект интерференции также зависит от угла, с которым луч света сталкивается с плёнкой пузыря. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря. Но толщина пузыря постоянно меняется из-за гравитации, которая стягивает жидкость в нижнюю часть так, что обычно мы можем наблюдать полосы различного цвета, которые движутся сверху вниз.
Не менее интересный чем пускание пузырей, процесс их лопанья. Но к сожалению процесс очень быстрый, поэтому человеческий глаз его зафиксировать не может, а вот специальная фотокамера, делающая 500 снимков за секунду вполне. Фотографу из Великобритании Ричарду Хиксу удалось получить очень красивые снимки этого процесса.
Цитата
Этот необычный эксперимент фотограф Ричардс Хикс из Эксетера проводил в укромном уголке своего сада. Кроме того, Ричардс долго дожидался безветренного дня, чтобы без помех выполнить задуманное. Помощницей Хикса стала его жена Сара. Именно она выдула и затем лопнула этот замечательный пузырь, потрясающий наше воображение.
Мыльный пузырь, как известно, состоит из трех слоев – тонкий слой воды зажатый меж двумя слоями молекул мыла. Госпожа Хикс пальцем нарушила поверхностное натяжение пузыря, и он лопнул. А в это время Ричардс с макро-камерой проводил съемку. Хикс использовал выдержку 1/500.
Мысль запечатлеть мыльный взрыв пришла в голову Ричардсу месяц назад, когда он увидел племянницу, пускающую пузыри. - Я тогда как раз подыскивал новые идеи для съемок, - цитирует Ричардса Хикса The Daily Mail, - и сразу загорелся мыслью снять взрыв мыльного пузыря. Немного удачи, и все получилось.
Еще увлекательная забава — или серьезное исследование, которое можно проводить самостоятельно: замерзание пузырей. Для выдувания их надо выйти на улицу (естественно, зимой, в мороз). Уже при температуре −15°C он замёрзнет. В воду, кроме шампуня, можно добавить немного глицерина — его продают в аптеках. Или подождите добавлять, — попробуйте «поморозить» пузыри без глицерина, а потом с ним. Для опытов (и не на морозе тоже) хорошо подойдет трубочка от коктейля или пустой стержень от шариковой ручки. А для больших пузырей можно использовать пластиковые бутылки с отрезанным дном.
Цитата
На морозе пузырь вскоре замерзнет — и, опять-таки, даст повод для разных опытов. Вы убедитесь, что замерзший пузырь — довольно прочный, не хрупкий, при падении не раскалывается на мелкие кусочки. Еще забавно наблюдать сам процесс: как на пузыре появляются центры кристаллизации и от них процесс распространяется на всю поверхность. Есть описания опыта встречи пузыря со снежинкой — для незамерзшего пузыря она станет центром и приведет к его замерзанию...
При температуре −25 °C пузыри начинают замерзать прямо в воздухе и даже могут разбиться при ударе о поверхность! Если при такой температуре надуть пузырь тёплым воздухом, то он замёрзнет почти в идеальной сферической форме, но по мере того, как воздух будет охлаждаться и уменьшаться в объёме, пузырь может частично разрушиться, и его форма будет искажена. Пузыри, надутые при такой температуре, всегда будут небольшими, так как они будут быстро замерзать, и если продолжать их надувать, то они лопнут.
Кроме этого они объединяются.)
Цитата
Когда два пузыря соединяются, они принимают форму с наименьшей возможной площадью поверхности. Их общая стенка будет выпячиваться внутрь большего пузыря, так как меньший пузырь имеет бо́льшую среднюю кривизну и большее внутреннее давление. Если пузыри одинакового размера, их общая стенка будет плоской.
Правила, которым подчиняются пузыри при соединении, были экспериментально установлены в XIX веке бельгийским физиком Жозефом Плато и доказаны математически в 1976 г. Жаном Тейлором.
* Мыльные плёнки представляют собой кусочно гладкие поверхности, средняя кривизна которых постоянна на каждом гладком участке. * Если пузырей больше чем три, они будут располагаться таким образом, что возле одного края могут соединяться только три стенки, при этом углы между ними будут равны 120°, в силу равенства поверхностного натяжения для каждой соприкасающейся поверхности. * Линии пересечения поверхностей пересекаются в одной точке по четыре штуки, причём угол между любыми двумя равен arccos(-1/3)≈109,47°.
Уменьшено: 60% от [ 1051 на 771 ] — нажмите для просмотра полного изображения
Пузыри, не подчиняющиеся этим правилам, в принципе могут образовываться, однако будут сильно неустойчивыми и быстро примут правильную форму либо разрушатся. Пчёлы, которые стремятся уменьшить расход воска, соединяют соты в ульях также под углом 120°, формируя, тем самым, правильные шестиугольники. wikipedija
Что со знанием дела используют специалисты мыльных шоу, например такие как Tom Noddy. Видео. Видео.
А совсем недавно американцу Тиму Кехоэ удалось изобрести цветные мыльные пузыри, правда к изобретению он шел более 10 лет и обошлось все это ему в 3 миллиона долларов. "За всё это время я постоянно слышал, что покрасить мыльные пузыри невозможно, и это, конечно, приводило меня в уныние", — признаётся теперь новатор, чьё детище наконец-то поступило в продажу. С развитием химической промышленности люди научились выдувать пузыри, которые дольше не лопаются (для этого советуют использовать дистиллированную воду вместо обычной) или обладают поистине гигантскими размерами (некоторые ради этого ездят по всему миру, подыскивая моющие средства с наиболее подходящим составом).
Однако покрасить мыльные пузыри, чтобы они были безопасными и непачкающимися, до сих пор не удавалось никому. Обычные пищевые красители для раскрашивания мыльных пузырей не подходят. Они ни за что не желают оставаться на всей поверхности выдуваемого шара и просто-напросто стекают по стенкам к нижней точке летающей сферы.
Мыльные пузыри, окрашенные другими, более устойчивыми красками, лопаясь, оставляют пятна на одежде, руках, волосах, коврах, диванах, шерсти животных, плитке и всём остальном. Кроме того, капельки мыльного раствора сами по себе раздражают глаза, а уж вместе с краской они становятся совсем невыносимыми. Больше других это испытал на себе, конечно же, сам изобретатель – отец пятерых детей 39-летний Тим Кехоэ (Tim Kehoe) из Миннесоты. К цветным пузырям он проделал долгий и извилистый путь. У производителей в запасе ещё несколько цветов, некоторые из них уже можно увидеть в Сети, однако на сайте Zubbles пока показаны только эти представители цветного семейства (фото с сайтов amazonaws.com и zubbles.com). Кехоэ собственной персоной. Поначалу в лаборатории были разработаны "исчезающие" краски всех цветов радуги, но позже от некоторых из них пришлось отказаться, так как производство оказалось нерентабельным. Вверху: в таких вот баночках-персонажах должны были продаваться Zubbles по задумке Тима (фото John Carnett).
Наконец Кехоэ и его команда научились создавать мыльные пузыри, пятна от которых исчезают примерно через 15 минут после того, как они лопаются. Происходит это на любой поверхности: бетоне, коже, нейлоне, хлопке и собственно краске. Даже такой легко пачкающийся материал, как натуральный шёлк, выдержал проверку. Через 15 минут после лопания пузыри пропадают и с рук, и с белой рубашки. На воздухе, а также при растирании рук (пальцев) друг о друга молекулы в составе Zubbles изменяют форму, и вещество превращается из яркоокрашенного в бесцветное. В самом худшем случае на это уйдёт несколько часов, но цвет всё же исчезнет (фото John Mahoney и Sam Kimpton/flickr.com).
Несколько месяцев назад бутылочки первых в мире цветных мыльных пузырей сошли с конвейера и недавно начали продаваться в США. Говорят, в скором времени их можно будет купить и в Европе.
Уменьшено: 60% от [ 1051 на 771 ] — нажмите для просмотра полного изображения
