文章编号：15462 / 更新时间：2024-03-03 07:38:07 / 浏览：次

吹泡泡是咱们小时刻经常玩的一个小游戏。用清水混合上必定量的洗衣粉，搅拌平均后用塑料圈蘸一下，微微一吹，泡泡就会随着春风到处飞散，在阳光的照射下五彩壮丽。

听下来很便捷，但你能否猎奇过这些疑问：为什么清水没法吹出泡泡？为什么肥皂水看起来是清澈的但泡泡却在阳光下五彩缤纷呢？其实小小的泡泡下藏着很多的迷信常识，当天就让咱们一同走近泡泡，探求它身上的秘密。

泡泡的降生：外表张力是怎样回事？

咱们往罕用的泡泡水的秘方其实很便捷，用热水冲溶肥皂或许洗衣粉即可。那为什么清水不能吹出泡泡，而咱们调制的肥皂水却可以？这就要从泡泡构成的原理说起。

首先咱们要明确一个物理概念：外表张力。

不知道大家有没有留意过这些现象：雨滴落在荷叶上的时刻会变成圆圆的水珠滚动，有一些小生物可以在水面过去去自若。它们所依托的就是水的外表张力。

荷叶上的水珠

水面虫子

液体的外表具备智能收缩的偏差，而这种智能收缩的驱动力源于分子在液体外部和外表所受的不同引力场。关于液体外表的分子而言，遭来到自外部液体分子的引力要大于外部空气分子的拉力。因此，在可以疏忽重力的状况下，液体有面积增加的趋向，总是趋向于构成球形，而在微观上，这种力被称为液体的外表张力。

外表张力模型

说到这里或许有人发生了新的不懂：外表张力使得液面面积有增加的趋向，那么肥皂泡为什么还会存在呢？好疑问，确实如此。不过既然外表张力不让水外面存在空气，那咱们想方法降落外表张力不就可以构成大泡泡了吗？

在解释降落外表张力的方法前，咱们先来从新意识一下肥皂和洗衣粉吧，它们还有个名字叫外表活性剂。外表活性剂是一类易附集于界面、并对界面性质及关系工艺环节发生显著影响的物质。

从历史开展看，外表活性剂源于洗濯剂，最基础的肥皂配方已有数千年的历史，古罗马作家普林尼是最早记载下这一配方的人之一。据他观察，制造肥皂的方法正是将油脂和碱混合，而灰烬溶于水后的产物就是一种碱。

肥皂分子：脂肪酸钠

如今所用的碱都是人工分解的，但生成的肥皂分子与过去的迥然不同，都由亲水的头部基团和亲油脂的尾部基团组成。因为亲油基与水分子之间的排挤，为了寻求能量最低的存在方式，外表活性剂分子首先会以亲水基朝下（与水分子接触）、亲油基朝上（与空气分子接触）的方式在水溶液外表陈列。只要当液面没有空间接受新的外表活性剂分子时，新增的外表活性剂分子才会向溶液外部移动。

亲水基遭到水分子向下的吸引力，但因为亲水基的极性弱于水分子，这种吸引力便弱于水分子之间的吸引力；亲油基遭到空气分子向上的吸引力，但因为相对较大的体积使亲油基可以与更多空气分子接触，同时更弱的极性也使亲油基能更好的与空气分子相互融合吸引，这种吸引力要强于空气分子与水分子的吸引力。

全体而言，向下的引力削弱，向上的引力回升，外表活性剂分子的受力不平衡状况要弱于水分子，因此有外表活性剂分子陈列的水溶液外表，显然比单纯的水分子外表受力不平衡的状况更弱，从微观上看，就是外表张力降落。而这，也就是肥皂水能吹出泡泡的要素。

肥皂泡外表受力模型

泡泡的颜色：五彩壮丽从何而来？

当咱们在阳光下吹泡泡的时刻，咱们会发现泡泡的颜色像水一样灵活流转且斑斓多彩。其实，肥皂泡是无色的，之所以在阳光下出现斑斓的色调，是阳光在透明薄膜的高低外表反射和相互干预构成的。

反射与干预在生存中并不少见。咱们照镜子能看到自己，依托的就是光的反射。反射是指光在流传到不同物质时，在分界面上改动流传方向又前往原来物质中的一种现象。在遇到水面、玻璃以及其余许多物体的外表时，光都会出现反射。而肥皂膜是透明的薄膜，有高低两个外表，当太阳光照射在肥皂膜的外表时，会区分被薄膜的高低两个外表反射。

物理学家钻研标明，光像池塘外面的水波一样，具备很强的动摇性。当你向池塘外面丢一颗石子的时刻，发生的涟漪相遇，相互干预的状况下出现了漂亮的花纹。假设咱们细心观察的话，就会发现水波某些位置的振动不时增强，而另一些位置的振动不时在削弱。在物理学中，咱们将两列或两列以上的波在空间中相遇时出现叠加或对消从而构成新的波形的现象称为干预。

相长干预

相消干预

同水波一样，当频率相反的光束相遇时，也会发生相互干预的状况。值得一提的是，必定厚度的膜，只能使必定波长的光发生稳固的相长干预或相消干预，前者指的是两波的波峰（或波谷）同时达到同一地点，干预波会发生最大的振幅，后者则是两波的波峰和波谷相遇，使干预波的振幅减小，而光波的振幅反映了光的强弱，给人眼以物体明暗的觉得。

干预原理模型

因为肥皂膜各处的厚度并不平均，依据相长干预和相消干预切实，阳光在厚度不同的膜面上，就会出现或增强、或削弱、或相互对消的状况，在色调上，则或红、或蓝、或绿，从而让肥皂泡显得色调斑斓。

泡泡的启示：这么多的钻研都来自它？

现如今，环球上的肥皂泡喜好者泛滥，他们成立了国内泡泡艺术家协会这样的环球性组织，努力于探求肥皂水秘方以吹出更大的泡泡，甚至还在不时刷新泡泡尺寸的环球吉尼斯记载，回应童年关于大泡泡的神往和向往。

小小的肥皂泡藏着大人造的秘密，物理学家经过它可以钻研外表张力，数学家经过它可以钻研最小曲面，生物学家经过它可以钻研生物体内薄膜的生化机理，力学家经过它可以钻研薄膜充气结构……肥皂泡在科研畛域庸庸碌碌，给了迷信家们很多的启示。

比如，在20世纪初，德国学者普朗特在钻研弹性柱体的改动时，发如今柱体中应力函数所满足的方程和在自重下薄膜满足的方程是一样的；而不久前，法国波尔多大学流体力学专家哈米德·凯利将肥皂泡作为钻研大气现象的现实模型，提出了自己关于气旋演化通用定律的猜想；甚至基于肥皂泡做的无关光的分主流的论文《Observationofbranchedflowoflight》登上了Nature的封面，这一切都向咱们证实肥皂泡仍有很多秘密值得探求。

正像英国驰名的物理学家开尔文说过：吹一个肥皂泡并且观察它，你会用一生之力钻研它，并且由它引出一堂又一堂的物理课程。大人造的奥妙与乐趣，值得咱们用永世去探求。

参考文献:

[1]凯瑟琳·尼克西.肥皂泡里的那些事儿[J].风流一代,2021(29):48-49.

[2]林边,卢克.从虚空到适用小小肥皂泡：值得你钻研永世[J].环球博览,2021(19):72-73.

出品：科普中国

制造：五月

作者单位：中科院长春光学精细机械与物理钻研所

监制：中国迷信院计算机网络消息核心

文章仅代表作者观念，不代表中国科普博览立场

本文首发于中国科普博览（kepubolan）

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