怎样把泡泡吹得最大(泡泡怎样才能吹得更大)

星辰博客 来源:互联网 °C 栏目:知识百科

想必大多数人小时候都玩过吹泡泡,毕竟哪个少年不想在心仪的女生面前秀一波操作,而哪个少女又不喜欢在阳光下闪耀着七彩光芒的泡泡呢?

只不过,要把泡泡玩出花来,可能就不是那么简单了。泡泡虽然看似很脆弱,但其实它们也有一些复杂的物理知识基础作为支撑,长期以来,在物理学界,吹泡泡一直都是一门“严肃的科学”。

所以有一群看似正经的物理学家,他们想的却是如何“吹”出世界上最好、最大的泡泡,要问为什么?别问,问就是要最大的!

如何“吹好”泡泡?

早在19世纪,比利时物理学家约瑟夫·普拉托就概述了决定肥皂膜结构的四条基本表面张力定律,即普拉托 定律。

根据他提出的定律,泡泡之所以会呈圆形是因为水的表面张力。由于重力的存在,液体会被这股力量往下拉,但是水分子间的相互 吸引力比水 分子与空气之间的吸引力强,因此气液间的表面积就会增大,在这个过程中,液体会逐渐“变胖”,其形状看起来就像是一个圆。而当给定的体积不变时,圆形的表面积是最小的,也就是说,需要的能量最少,所以泡泡就朝着圆滑的方向发展了。

在普拉托之后,也有不少科学家都开始加入到“如何吹泡泡”这项工作,先别急着笑,这可真不是为了娱乐,他们是在正经玩。

20世纪40年 代时,美国植物学家埃德温·马茨克(Edwin Matzke)就在他的实验室里开始手工制造泡泡,他注意到泡泡的形状和植物组织中的细胞很相似,于是试图通过泡泡来解读细胞的某些特性...(不得不说,想法很独特啊。)

到了 1994 年,来自爱尔兰的数学家们都不再自己吹泡泡了,而是利用计算机建模来确定最佳 几何形状的泡泡;另外,德国和美国的科学家们则使用声学悬浮(巨大的声波)使泡泡悬浮在半空中,而这是为了观察环绕声对泡泡中复杂谐波结构的影响。(看起来很厉害的亚子..)





距离现在更近一点的2006年,来自哈佛大学的科学家发现,在肥皂液中加入微小的胶体颗粒能够在泡泡水外形成一层“保护膜”,让产生的泡泡更加稳定,并且还能塑造出不同的形状。除此之外,科学家们甚至构建了初步的微流体泡泡逻辑(AND / OR / NOT)设备,可用于传输治疗药物或化学试剂。

如何吹大泡泡?

但是到了近几年,物理学家们又转向了 一个新的方向——怎么 才能将泡泡吹得更大呢?

既然是“ 吹”,那必然少不了气流的作 用。在2016年,法国国家科学研究中心的两位物理学家制定了一个理论模型,用来试验气流喷射到肥皂液膜时形成气泡的确切机制。

为此他们还专 门制作了一个大型“造泡泡”设备,用来张开足足一米宽的垂直皂液膜。首先将肥皂溶液小心地倒在设备的棉线上,接着拉开两根粘连在一起的棉线,让肥皂溶液形成一层薄的皂液膜。

准备完成后,他们用流速不同的气体向皂液膜喷射,并使用高速摄像机拍摄观察吹入气体的速度和气泡的产生情况。

结果发现,气泡仅在一定速度以上才会形成,而速度又取决于喷射气流的宽度,如果射流较宽,那么形成气泡的阈值将较低,简单来说,就是喷射的这股气流要和你皂液膜宽度相等甚 至更宽,气泡才会更容易形成

大家也可以回想小时 候吹泡泡的那根小棒子,上面的圆环一般都会比嘴巴要小,因为我们是通过嘴巴吹出气流。

这还没完,在上面研究的基础上,纽约大学应用数学实验室的数学家对此进行了微调,进一步得出了推动液膜形成泡泡所需的流速,以及这种流速和圆圈尺寸等数据的相关参数。

根据他们的 实验发现,气流对泡泡的影响有两种不同的方式:一种是用 强劲而稳定的风推动圆形的皂液膜来形成泡泡;另一 种则是通过输送缓慢而轻柔的风注入到小泡泡中,再把泡泡慢慢吹大



而我们看到街头表演弄出的巨型泡泡就用到了第一种方法,表演者会跑起来或者快速挥动手臂,来提供皂液膜“变凹”所需要的强劲而稳定的气流。

除了  气流因素之 外,肥皂液的组成成分也是“吹出大泡泡”另一个非常重要的因素。

说到这里,那就不得不提一下美国埃默里大学的贾斯汀·伯顿(Justin Burton)副教授,他在巴塞罗那开会时碰见街头表演者吹出了巨大的泡泡,在阳光的照耀下,泡泡出现了薄膜干涉的光学现象。

对此,伯顿教授知道这是由于光从薄膜的两个表面反射时产生的干涉图样所致,让他感到惊讶的并非这个,而是如此薄的泡泡是怎么维持那么大表面积却没有破裂。

于 是他回到家后开始研究泡泡的配方,并且还叫上了他的学生在实验室一起玩吹泡泡。





经过多次实验,他发现聚合物对大泡泡的形成起了至关重要的作用,因为聚合物可以使气泡的坚韧度提高,从而让泡泡吹得  更大还不容易爆开。

 贾斯汀·伯顿和他的学生在一起“玩泡泡”

最后给大家简单介绍下大泡泡的入门配方:1KG等离子水(就是普通矿泉水)、50ml洗涤剂、2~3克瓜尔胶(一种常见的增稠食品添加剂,充当聚合物)、2克发酵粉、50ml酒精。

除了配方,吹大泡泡的工具也很重要。在Soap Bubble Wiki上介绍了一种自制的工具,能吸取尽可能多的泡泡水,吹出大泡泡。



有条件的同学可以自己试试,成功吹出巨型泡泡的可以在留言区告诉大家,或者发出来让大家康康。

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