كلنا معجب بالفقاعات ، وخاصة فقاعات الصابون - شكلها الدائري المثالي وسطحها المتقزح بألوان مختلفة. لونها والقوة التي تشكلها ". وصف الأولاد فقاعات الصابون بأنها شيء تجريبي رائع وأشاروا إلى أن القوى التي تشكل الفقاعة موجودة في جميع السوائل.
هذه القوى موجودة في كل مكان. بدونهم لن يكتمل تخمير الشاي ، بدونهم من المستحيل إغلاق الصنبور الحالي في المطبخ ، يتم تذكرهم عند الغوص في الماء. بشكل عام ، كل سائل لديه هذه القوة.
ما الذي يجعل قطرات الماء تتجمع؟
تخيل ملء بالون بالماء. كلما سكبت المزيد من الماء عليه ، كلما امتدت القشرة المطاطية للكرة. في النهاية ، ستتوقف عن التمدد والانفجار. تخيل الآن قطرة ماء. يتجمع الماء عند طرف الماصة على شكل قطرة متنامية. قطرة تزداد وأكبر. أخيرًا ، يصل إلى حجم حرج معين ويخرج من طرف الماصة.
سأل الأولاد نفسه السؤال: "لماذا تُجمع المياه بشكل عام عند طرف ماصة على شكل قطرة؟" الانطباع هو أن الماء يتدفق في كيس مرن صغير ، مثل البالون. هذه الحقيبة تخرج من الماصة عندما تكون مملوءة بالماء. وبطبيعة الحال لا توجد حقيبة مرنة حول القطرة. لكن شيئًا ما يجب أن يحمل الانخفاض في شكله الكلاسيكي. يجب أن يكون هناك نوع من الصدفة غير المرئية ، نوع من شيء ما.
التوتر السطحي
هذا الشيء - خاصية الماء وأي سائل آخر - يسمى التوتر السطحي. سحب المياه. ترتبط جزيئات الماء تحت سطحها ببعضها البعض بقوى قوية من التفاعل بين الجزيئات. تواجه الجزيئات الموجودة في الطبقة السطحية قوة جذابة فقط من الجزيئات الأساسية والمجاورة. أي أن جزيئات المياه السطحية تنجذب إلى الداخل وإلى الخارج. هذا التفاعل بين القوى هو الذي يخلق تأثير الفيلم ، أو التوتر السطحي ، على سطح الماء.
وبالتالي ، يمكن اعتبار التوتر السطحي نوعًا من "قشرة" الماء. تتسبب هذه القشرة في انخفاض الصنبور في نهاية الصنبور. عندما تصبح القطرة كبيرة جدًا ، لا تصمد القشرة وتتكسر. أكد الفتيان أن السوائل المختلفة لها قذائف مختلفة. يحتوي الكحول على توتر سطحي أقل ، لذلك يشكل قطرات أصغر من الماء. لكن الزئبق الذي يدور حول الأرض في كرات صغيرة عندما ينكسر مقياس الحرارة يكون شد سطحه ستة أضعاف ضغط الماء.
ما الذي يمنع فقاعة الصابون من الانفجار؟
يمنع التوتر السطحي انفجار فقاعة الصابون. عندما تقوم بخفض الإطار إلى محلول صابون ، ثم أخرجه من هناك ، تشاهد طبقة قوس قزح رقيقة تغطي تجويف الإطار. انفخ على الإطار. سوف تبرز فقاعة منه. فيلم الصابون ممتد مثل غلاف مرن. انفخ أكثر. سيتم إغلاق فيلم الصابون حول الهواء ، وستذهب فقاعة الصابون في رحلة مستقلة ، تتلألأ بجميع ألوان قوس قزح.
تتمتع قشرة فقاعة الصابون بخصائص مرنة ، لذا فإن الهواء داخل الفقاعة يتعرض للضغط ، مثل الهواء داخل غرفة كرة القدم. تعتمد القيمة داخل ضغط الفقاعة على انحناء جدار الفقاعة. كلما زاد الانحناء وصغر الفقاعة ، زاد الضغط. أثبت بويز تجريبيًا أن الهواء المنفجر من فقاعة الصابون المنفجرة يمكن أن يطفئ شعلة الشمعة.
ولكن لماذا ، إذن ، تدور الفقاعة؟
يكمن الجواب في حقيقة أن قوى التوتر السطحي تميل إلى إعطاء فقاعة الصابون الشكل الأكثر إحكاما. الشكل الأكثر إحكاما في الطبيعة هو كرة (وليس مكعب ، على سبيل المثال). مع الشكل الكروي ، يضغط الهواء داخل الفقاعة بالتساوي على جميع أجزاء جدارها الداخلي (على الأقل حتى تنفجر الفقاعة).
ومع ذلك ، لاحظ نفس الأولاد أنه من خلال تطبيق القوة الخارجية ، يمكن صنع فقاعة ذات شكل غير كروي. إذا قمت بتمديد فيلم صابون بين حلقتين وسحبته إلى فجوة ، يتم تكوين فقاعة صابون على شكل أسطواني. كلما كبر حجم هذه الفقاعة الأسطوانية ، قلت قوتها. في النهاية ، في منتصف هذه الفقاعة ، يظهر انقباض ، وينقسم إلى فقاعتين دائريتين عاديتين.
