Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с мыльных пузырей )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Мыльный пузырь.
Единственная фотография легкого мыльного пузыря, сделанная в режиме макросъемки.
Одиночный мыльный пузырь, отображающий три слоя.
Девушка пускает пузыри.
Несколько пузырей образуют пену.

Мыльный пузырь является чрезвычайно тонкой пленкой из мыльной воды ограждающей воздуха , который образует полый шар с радужной поверхностью. Мыльные пузыри обычно держатся всего несколько секунд, прежде чем лопнут сами по себе или при контакте с другим предметом. Их часто используют для развлечения детей, но они также используются в художественных представлениях . При сборке нескольких пузырей образуется пена .

Когда свет падает на пузырь, кажется, что он меняет цвет. В отличие от цветов радуги, которые возникают из-за дифференциального преломления, цвета мыльного пузыря возникают из-за интерференции света, отражающегося от передней и задней поверхностей тонкой мыльной пленки. В зависимости от толщины пленки разные цвета мешают конструктивно и разрушительно.

Математика [ править ]

Мыльные пузыри - это физические примеры сложной математической задачи минимальной поверхности . Они примут форму с наименьшей возможной площадью поверхности, содержащей данный объем. Истинная минимальная поверхность более правильно проиллюстрирована мыльной пленкой , которая имеет одинаковое давление внутри и снаружи, следовательно, это поверхность с нулевой средней кривизной . Мыльный пузырь - это замкнутая мыльная пленка: из-за разницы внешнего и внутреннего давления он представляет собой поверхность постоянной средней кривизны.

Хотя с 1884 года было известно, что сферический мыльный пузырь - это способ с наименьшей площадью окружения заданного объема воздуха (теорема Х.А. Шварца ), только в 2000 году было доказано, что два объединенных мыльных пузыря обеспечивают оптимальную способ замкнуть два заданных объема воздуха разного размера с наименьшей площадью поверхности. Это было названо гипотезой о двойном пузыре . [1]

Благодаря этим качествам пленки с мыльными пузырями используются для решения практических задач. Инженер-строитель Фрей Отто использовал пленки с мыльными пузырями для определения геометрии листа с наименьшей площадью поверхности, который простирается между несколькими точками, и преобразовал эту геометрию в революционные конструкции натяжных крыш . [2] Известный пример - его западногерманский павильон на Экспо 67 в Монреале.

Физика [ править ]

Слияние [ править ]

Мыльные пузыри легко сливаются.

Когда два пузыря сливаются, они принимают форму, которая делает сумму их площадей как можно меньшей, совместимой с объемом воздуха, который вмещает каждый пузырек. Если пузыри одинакового размера, их общая стенка плоская. Если они не одинакового размера, их общая стенка вздувается в больший пузырь, поскольку меньший имеет более высокое внутреннее давление, чем больший, как предсказывает уравнение Юнга – Лапласа .

В точке, где встречаются три или более пузырей, они сортируются так, что только три стенки пузыря встречаются вдоль одной линии. Поскольку поверхностное натяжение одинаково на каждой из трех поверхностей, три угла между ними должны быть равны 120 °. Только четыре стенки пузырька могут встретиться в одной точке, причем линии, где встречаются тройки стенок пузырька, разделены расстоянием cos −1 (−1/3) ≈ 109,47 °. Все эти правила, известные как законы Плато , определяют, как пена образуется из пузырьков.

Стабильность [ править ]

Долговечность мыльного пузыря ограничивается легкостью разрыва очень тонкого слоя воды, который составляет его поверхность, а именно мыльной пленки толщиной в микрометр . Таким образом, он чувствителен к:

  • Дренаж внутри мыльной пленки: вода падает под действием силы тяжести. Это можно замедлить, увеличив вязкость воды, например, добавив глицерин. Тем не менее, существует предел высоты - длина капилляра , очень большая для мыльных пузырей: около 13 футов (4 метра). В принципе, его длина не ограничена.
  • Испарение : это можно замедлить, надув пузыри во влажной атмосфере или добавив в воду немного сахара.
  • Грязь и жир: когда пузырь касается земли, стены или нашей кожи, он обычно разрывает мыльную пленку. Этого можно избежать, смочив эти поверхности водой (желательно с добавлением мыла).

Смачивание [ править ]

Мыльный пузырь, смачивающий ультрагидрофобную поверхность
Мыльный пузырь, смачивающий поверхность жидкости

При контакте мыльного пузыря с твердым или жидким телом наблюдается смачивание поверхности . На твердой поверхности краевой угол пузырька зависит от поверхностной энергии твердого тела. [3] [4] Мыльный пузырь имеет больший контактный угол на твердой поверхности, проявляющей ультрагидрофобность, чем на гидрофильной - см. Смачивание . На поверхности жидкости угол смачивания мыльного пузыря зависит от его размера - более мелкие пузырьки имеют меньшие углы смачивания. [5] [6]

Медицина [ править ]

Контактный дерматит [ править ]

В состав жидкости мыльных пузырей входит множество рецептов с немного разными ингредиентами. Самый распространенный из них содержит:

  • 2/3 чашки посудомоечных мыла
  • 1 галлон воды
  • 2/3 столовой ложки глицерина

Из-за наличия мыла для посудомоечной машины дети нередко заболевают дерматитом на лице, руках с такими последствиями, как сыпь, отек глаз, рвота и головокружение.

Мыльные пузыри как нетрадиционные вычисления [ править ]

См. Также: Нетрадиционные вычисления

Структуры, которые создают мыльные пленки, могут быть не просто сферическими, но практически любой формы, например, проволочными каркасами. Таким образом, можно спроектировать множество различных минимальных поверхностей. На самом деле иногда их легче создать физически, чем вычислить с помощью математического моделирования . Вот почему мыльные пленки можно рассматривать как аналоговые компьютеры, которые могут превосходить обычные компьютеры, в зависимости от сложности системы. [7] [8] [9]

Пузыри в образовании [ править ]

Пузыри можно эффективно использовать для обучения и изучения самых разных понятий даже маленьких детей. Гибкость, формирование цвета, отражающие или зеркальные поверхности, вогнутые и выпуклые поверхности, прозрачность, разнообразие форм (круг, квадрат, треугольник, сфера, куб, тетраэдр, шестиугольник), упругие свойства и сравнительные размеры, а также более эзотерические свойства пузырей указаны на этой странице. Пузырьки полезны при обучении концепциям начиная с 2-х лет и до студенческих лет. Профессор швейцарского университета доктор Натали Хартцелл предположила, что использование искусственных пузырей в развлекательных целях для маленьких детей показало положительный эффект в области ребенка »Мозг, который контролирует моторику и отвечает за координацию с детьми, столкнувшимися с пузырьками в молодом возрасте, демонстрируя значительно лучшие двигательные навыки, чем те, кто этого не делал.[10]

Отдых [ править ]

Использовать в игре [ править ]

Женщина создает пузыри с помощью длинной палочки для мыльных пузырей
Мыльные пузыри в парке Долорес во время Дайк-марша , июнь 2019 г.
Адриан Ханнеман , Два мальчика, пускающие мыльные пузыри (ок. 1630 г.)
Жан-Батист-Симеон Шарден , Мыльные пузыри (ок. 1734 г.)

Мыльные пузыри использовались как развлечение по крайней мере 400 лет, о чем свидетельствуют фламандские картины 17-го века, на которых дети надувают мыльные пузыри из глиняных трубок. Лондонская фирма A. & F. Pears создала знаменитую рекламную кампанию для своего мыла в 1886 году, используя картину Джона Эверетта Милле, изображающую ребенка, играющего с мыльными пузырями. Чикагская компания Chemtoy начала продавать пузырьковый раствор в 1940-х годах, и с тех пор пузырьковый раствор пользуется популярностью у детей. Согласно одной из отраслевых оценок, розничные торговцы продают около 200 миллионов бутылок в год. [ необходима цитата ]

Цветные пузыри [ править ]

Пузырь состоит из прозрачной воды, в которой заключен прозрачный воздух. Однако мыльная пленка имеет толщину, равную длине волны видимого света , что приводит к интерференции . Это создает переливчатость, которая вместе с шарообразной формой и хрупкостью пузыря способствует его магическому эффекту как на детей, так и на взрослых. Каждый цвет является результатом различной толщины пленки мыльных пузырей. Том Нодди (который показан во втором эпизоде Маркус дю Сотой «s Кодекс ) дал аналогию глядя на контурной карте Пузырьки» поверхности. Однако создание искусственно окрашенных пузырей стало проблемой.

Byron, Melody & Enoch Swetland изобрели запатентованный нетоксичный пузырь (Tekno Bubbles) [11], который светится при УФ-освещении. Эти пузыри выглядят как обычные высококачественные «прозрачные» пузыри при нормальном освещении, но светятся при действии ультрафиолетового света. Чем ярче ультрафиолетовое освещение, тем ярче они светятся. Семья продавала их по всему миру, но с тех пор продала свою компанию.

Добавление цветного красителя к пузырьковым смесям не приводит к образованию цветных пузырей, потому что краситель прикрепляется к молекулам воды, а не к поверхностно-активному веществу. Таким образом, образуется бесцветный пузырь с краской, падающей в точку у основания. Химик- краситель доктор Рам Сабнис разработал лактонный краситель, который прилипает к поверхностно-активным веществам, позволяя образовывать ярко окрашенные пузырьки. Лактон кристаллического фиолетового является примером. Другой человек по имени Тим Кехо изобрел цветной пузырь, который теряет свой цвет под воздействием давления или кислорода, который он теперь продает в Интернете как Zubbles , которые не токсичны и не окрашивают. В 2010 году японский астронавт Наоко Ямазакипродемонстрировали, что можно создавать цветные пузыри в условиях микрогравитации . Причина в том, что молекулы воды равномерно распределены вокруг пузыря в условиях низкой гравитации.

Замораживание [ править ]

Замерзший мыльный пузырь на снегу при температуре −7 ° C (19 ° F).

Если мыльные пузыри выдуваются в воздух с температурой ниже -15  ° C (5  ° F ), они замерзнут при соприкосновении с поверхностью . Воздух внутри будет постепенно рассеиваться , заставляя пузырек рассыпаться под собственным весом. При температуре ниже -25 ° C (-13 ° F) пузырьки замерзают в воздухе и могут лопнуть при ударе о землю. Когда пузырек продувается теплым воздухом, он сначала замерзает до почти идеальной сферы, но когда теплый воздух охлаждается и происходит уменьшение объема, происходит частичное схлопывание пузыря. Пузырь, успешно созданный при такой низкой температуре, всегда будет довольно маленьким; он быстро замерзнет и разрушится при дальнейшем увеличении. [12]Замораживание мелких мыльных пузырей происходит в течение 2 секунд после постановки на снег (при температуре воздуха около –10 ...– 14 ° C). [13]

Искусство [ править ]

Профессиональный «пузырек» на Strawberry Fair 2009 в Кембридже , Великобритания.
Мыльные пузыри в центре Будапешта

Мыльный пузырь выступление сочетает развлечения с художественным достижением. Они требуют высокого мастерства. [ необходима цитата ] Некоторые исполнители используют обычные коммерчески доступные пузырьковые жидкости, в то время как другие составляют свои собственные решения. Некоторые художники создают гигантские пузыри или трубы, часто окутывающие предметы или даже людей. Другим удается создавать пузыри, образующие кубы, тетраэдры и другие формы и формы. Иногда с пузырями обращаются голыми руками. Чтобы добавить визуального впечатления, они иногда наполнены дымом , паром или гелием и сочетаются с лазерными лучами или огнем. Мыльные пузыри можно наполнить горючим газом, например, природным газом. а потом загорелся.

Галерея художников мыльных пузырей за работой [ править ]

См. Также [ править ]

  • Antibubble
  • Пузырьковая труба
  • Мыло
  • Плато Джозеф
  • Метод растянутой сетки
  • Том Нодди
  • Структура Вира – Фелана

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хатчингс, Майкл; Морган, Фрэнк; Риторе, Мануэль; Рос, Антонио (17 июля 2000 г.). «Доказательство гипотезы о двойном пузыре» . Объявления об электронных исследованиях . 6 (6): 45–49. DOI : 10.1090 / S1079-6762-00-00079-2 .
  2. ^ Джонатан Glancey, The Guardian 28 ноября 2012 архивации 8 января 2017, в Wayback Machine
  3. ^ Тейшейра, MAC; Тейшейра, ПИК (2009). «Угол смачивания полусферического пузыря: аналитический подход» (PDF) . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 338 (1): 193–200. Bibcode : 2009JCIS..338..193T . DOI : 10.1016 / j.jcis.2009.05.062 . PMID 19541324 .  
  4. ^ Арскотт, Стив (2013). «Смачивание мыльных пузырей на гидрофильных, гидрофобных и супергидрофобных поверхностях». Письма по прикладной физике . 102 (25): 254103. arXiv : 1303.6414 . Bibcode : 2013ApPhL.102y4103A . DOI : 10.1063 / 1.4812710 . S2CID 118645574 . 
  5. ^ MAC Тейшейра, S. Arscott, SJ Кокс и PIC Тейшейра, Ленгмюра 31, 13708 (2015). [1]
  6. ^ "O despertar da bolha" . Архивировано 12 февраля 2016 года . Проверено 9 февраля 2016 .
  7. ^ Айзенберг, Кирилл (2012). «Мыльный фильм: аналоговый компьютер». Американский ученый . 100 (3): 1. DOI : 10,1511 / 2012.96.1 .
  8. ^ Изенберг, Кирилл (1976). «Мыльный фильм: аналоговый компьютер». Американский ученый . 64 (3): 514–518. Bibcode : 1976AmSci..64..514I . DOI : 10.1511 / 2012.96.1 .
  9. ^ Тейлор, Джин Э. (1977). «Письма из мыльного фильма». Американский ученый . 100 (январь – февраль): 1. doi : 10.1511 / 2012.96.1 .
  10. Перейти ↑ Taylor, JE (1976). «Структура особенностей на минимальных поверхностях, подобных мыльному пузырю и мыльной пленке». Анналы математики . 103 (3): 489–539. DOI : 10.2307 / 1970949 . JSTOR 1970949 . 
  11. ^ Мэри Беллис (1999-10-05). «Интервью с Байроном и Мелоди Свитленд - изобретателями Tekno Bubbles» . Inventors.about.com. Архивировано 4 июля 2013 года . Проверено 4 октября 2013 .
  12. ^ Надежда Тёрстон Картер: Frozen Матовый Fun архивации 2016-02-15 в Wayback Machine hopecarter.photoshelter.com, штат Мичиган, США, 2014, извлекаться 25 января 2017. - фото каталог.
  13. ^ pilleuspulcher: Замораживание мыльных пузырей на снегу. Архивировано 2 февраля 2017 г. вGoogle + Wayback Machine , Регенсбург, Германия, 23 января 2017 г., данные получены 25 января 2017 г. - Фотографии, описание на немецком языке.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Опря, Джон (2000). Математика мыльных пленок - Исследования с кленом . Американское математическое общество (1-е изд.). ISBN 0-8218-2118-0 
  • Boys, CV (1890) Мыльные пузыри и силы, которые их формируют ; (Отпечаток Dover) ISBN 0-486-20542-8 . Классическая викторианская экспозиция, основанная на серии лекций, первоначально прочитанных «перед молодежной аудиторией». 
  • Изенберг, Кирилл (1992) Наука о мыльных пленках и мыльных пузырях ; (Дувр) ISBN 0-486-26960-4 . 
  • Нодди, Том (1982) "Магия пузырей Тома Нодди" Объяснения первопроходца пузыря создали современное искусство перформанса.
  • Штейн, Дэвид (2005) «Как сделать чудовищные, огромные, невероятно большие пузыри»; (Klutz) Раньше "Невероятная книга пузырей" (1987) это положило начало спорту с гигантскими пузырями. ISBN 978-1-57054-257-2 

Внешние ссылки [ править ]

  • Международная выставка пузырей, получившая награды
  • Галерея макроснимков пузырей для создания художественных работ
  • Видео взаимодействия пузырьков и капель
  • Более подробное научное объяснение
  • Спектакли с пузырями и гигантскими пузырями