Вселенная

Животные

Люди

Наша планета

Силы и частицы

Главная » Силы и частицы

Почему пузыри круглые?

Круглые пузыри

Все мы восхищаемся пузырями, особенно мыльными — их идеально круглой формой и переливающейся разными красками поверхностью. Английский физик Бойз был так заинтригован мыльными пузырями, что написал 200 -страничную книгу: «Мыльные пузыри. Их цвет и силы, придающие им форму». Бойз назвал мыльные пузыри великолепным экспериментальным объектом и указал, что силы, которые придают форму пузырю, присутствуют во всех жидкостях. Эти силы вездесущи. Без них не обхо­дится заварка чая, без них нельзя закрыть текущий кран на кухне, о них помнят, ныряя в воду. В общем, всякая жидкость обладает этой силой.

Представьте себе, что вы наполняете водой воздушный шарик. Чем больше воды вы в него наливаете, тем сильнее растягивается резиновая оболочка шарика. В конце концов, она перестанет растягиваться и лопнет. Теперь представьте себе каплю воды. Вода собирается на кончике пипетки в виде растущей капли. Капля становится все больше и больше. Наконец она достигает определенного критического размера и отрывается от кончика пипетки. Бойз задал себе вопрос: «А почему вода вообще собирается на кончике пипетки в виде капли?» Впечатление такое, что вода стекает в маленький эластичный мешочек, наподобие воздушного шарика. Этот мешочек отрывается от пипетки тогда, когда переполняется водой. Вокруг капли, естественно, нет никакого эластичного мешочка. Но что - то же должно удерживать каплю в ее классической форме. Должна быть какая - то невидимая оболочка, какое - то нечто.

Это нечто — свойство воды и любой другой жидкости — называется поверхностным натяжением. Возьмем воду. Молекулы воды под ее поверхностью связаны между собой мощными силами межмолекулярного взаимодействия. Расположенные в поверхностном слое молекулы испытывают силу притяжения только со стороны нижележащих и соседних молекул. То есть поверхностные молекулы воды притягиваются внутрь и в стороны. Именно такое взаимодействие сил создает на поверхности воды эффект пленки, или поверхностное натяжение.

Таким образом, поверхностное натяжение можно рассматривать как своеобразную «оболочку» воды. Эта оболочка заставляет висеть каплю на конце водопроводного крана. Когда же капля становится слишком большой, оболочка не выдерживает и рвется. Бойз подчеркивал, что у различных жидкостей оболочки имеют разную прочность. Спирт имеет меньшее поверхностное натяжение, поэтому образует более мелкие капли, чем вода. А вот ртуть, которая бегает по полу мелкими шариками, когда разбивается термометр, имеет поверхностное натяжение в шесть раз больше, чем у воды.

Поверхностное натяжение жидкой ртути в шесть раз больше, чем у воды

Сила поверхностного натяжения не дает лопнуть мыльному пузырю. Когда вы опускаете рамку в мыльный раствор, а затем вынимаете ее оттуда, то видите тонкую радужную пленку, которая закрывает просвет рамки. Подуйте на рамку. Из нее начнет выпячиваться пузырь. Мыльная пленка растягивается наподобие эластичной оболочки. Подуйте еще. Мыльная пленка сомкнется вокруг воздуха, и мыльный пузырь отправится в самостоятельное путешествие, переливаясь всеми цветами радуги. Оболочка мыльного пу­зыря имеет эластичные свойства, поэтому воздух внутри пузыря находится под давлением, как воздух внутри камеры футбольного мяча. Величина внутрипузырного давления зависит от кривизны стенки пу­зыря. Чем больше кривизна и чем меньше пузырь, тем больше давление. Бойз экспериментально доказал, что воздух, вырвавшийся из лопнувшего мыльного пузыря, может загасить пламя свечи.

Но почему же все - таки пузырь круглый?

Ответ заключается в том, что силы поверхностного натяжения стремятся придать мыльному пузырю максимально компактную форму. Самая компактная форма в природе — это шар (а не куб, например). При шарообразной форме воздух внутри пузыря равномерно давит на все участки его внутренней стенки (по крайней мере, до тех пор, пока пузырь не лопнет).

Однако тот же Бойз заметил, что, приложив внешнее усилие, можно сделать пузырь несферической формы. Если растянуть мыльную пленку между двумя кольцами и потянуть на разрыв, то образуется мыльный пузырь цилиндрической формы. Чем больше размер такого цилиндрического пузыря, тем меньше его прочность. В конце концов, в середине такого пузыря появляется перетяжка, и он делится на два обычных круглых пузыря.

GD Star Rating
loading...
Метки: