シャボン玉を見て驚いたことがない人はいないでしょうか。これらの小さな飛行ボール、または泡の泡を構成するボールには、物理学者にとって多くの研究対象が含まれています。
シャボン玉の形の研究
表面張力により、石鹸水の膜は一定の弾性を持ち、石鹸の泡を生成するときに無意識に行うように、膜を伸ばすためにある程度のエネルギーを費やす必要があります。この現象は、石鹸水の膜が液体で構成されており、泡の生成に必要なエネルギーがはるかに小さい点を除けば、風船を膨らませるのとある程度似ています。ただし、気泡に含まれる気体の圧力は周囲の大気の圧力よりわずかに高くなります。
液膜の表面積が大きいほど、その位置エネルギーは高くなります。ただし、どのような物質系でも、位置エネルギーが最小になると安定した平衡状態に達します。したがって、シャボン玉は自然に、最小限の面積の表面に一定量の空気を閉じ込めることができる形状をとる傾向があります。誰もがそれが球であることを見ることができましたが、見ることは実証することではなく、アルキメデスを筆頭とする数学者は長い間これに苦労してきました。 1882 年になって初めて、ドイツの数学者ヘルマン アマンドゥス シュヴァルツは、特定の体積を囲むすべての面の中で、実際に最小の面積を持つ面が球であることを証明しました。
この問題は一般化できます。2 つの体積 Va と Vb が与えられた場合、それらを収容できる最小表面積はどれくらいでしょうか?観察によると、これは球の 2 つの部分によって制限された二重泡であり、凸状である場合とそうでない場合がある分離「ディスク」があることが示唆されています。ただし、これが証明されたのは 1995 年になってからであり、その当時でも、2 つの等しい体積の場合には…
非常に難しい数学の問題の多くは、非常に単純なステートメントを持っています…
高原の法則
非常に多くの気泡が結合して構成された泡を扱う場合、問題は特に複雑になります。ベルギーの物理学者ジョセフ・プラトーは、 19世紀後半に、泡の観察から得られた、否定されることのない 4 つの単純な法則を述べました。これには彼の名が付けられています。
- 気泡を内包するフィルムはすべて滑らかな表面要素で構成されており、
- これらの各要素の平均曲率は一定です (必ずしも球である必要はありません)。
- 3 つのサーフェス要素が交わるとき、接平面が 120° の角度を形成するすべての点で規則的な曲線に従って接続されます。
- これらの接続線が交わるとき、4 つずつ交差し、合流点で 4 つの四面体の方向を取ります (正四面体の中心と頂点を結ぶ 4 つの線分のようなもので、それぞれが他の線分と形成されます)約109°の角度）。
内圧
シャボン玉の外側から内側に行くには、変化する 2 つの媒質表面を横切らなければなりません。ラプラスの法則により、シャボン玉内の圧力を推定します。それは次の式で与えられます。
P int は気泡内の圧力です。
P ex は気泡の外側の圧力です。
A は表面張力です。
Rはシャボン玉の半径です。
シャボン玉で観察される色
白昼の光の下でシャボン玉を観察すると、虹の色を思わせる虹色が見えます。しかし、この現象の起源は全く異なります。この虹色現象は、気泡の外面で反射する光線と気泡の内面で反射する光線との間の干渉によるものです。
長持ちする巨大な泡の作り方
市販されている、キャップに円の付いた小さなチューブを元の液体製品に浸し、再度浸すと、通常、直径約 5 cm の素直な泡が得られます。他のものは、より良い、15 または 20 cm、あるいはそれ以上に達する、はるかに大きな泡を生成します。製品を使い終わったら、石鹸水や食器用洗剤に置き換えようとしますが、うまくいきません。
美しい泡の秘密は何でしょうか？液体の組成については専門家の意見がほぼ一致しています。
水に次のものを加える必要があります。
- 食器用洗剤 (20%) (良い食器用洗剤を見つけるのは簡単ではありません。ほとんどの洗剤は本当に、本当に悪いものです!)
- グリセリン(10%)
- 砂糖（5％）。
「ソース」はどのような方法で、どのような順番で作っても構いません。幸いなことに、この主題は非常に多くのWeb サイトで広く取り上げられています。
チャンピオンたちは、風の助けを借りて、なんと 1メートルの泡を作り出すことに成功しました。人前で輝きたい前に、紐と箸の扱い方を知っていなければなりませんし、何リットルもの「ソース」を吹き込むことを躊躇しないように練習しなければなりません…
さらに詳しく知るには
- 液体媒体中での気泡の生成、発達、爆発を支配する物理現象を表す Flash アニメーション
- 2002 年グルノーブル科学フェスティバル: 巨大な泡を作る
- 2 枚の板の間でシャボン玉がはじけることを予測できますか?シャボン玉に取り組む１年生のTPE
- http://davoudian.net/daniel/ダニエル・ダヴーディアン、マジシャン、シャボン玉彫刻家