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肥皂泡为什么会破?
1、肥皂泡的生命是短暂的,组成泡泡的液体受到重力影响会不停地向下运动,这导致本来只有微米厚度的肥皂膜的上方变得更薄,最终它的张力无法平衡拉普拉斯压力;与此同时,泡泡的液体会不停蒸发,这也会使它越来越薄,最后破裂。
2、当用干燥的手指触碰到肥皂泡的表面时,也会导致接触点位置的膜发生破裂。这是因为在接触泡泡的瞬间向它传递了能量,这会破坏泡泡表面力的平衡;皮肤的表面的油脂与肥皂膜的化学反应也是泡泡破裂的原因之一。
肥皂泡的物理学
肥皂泡内外压力是存在差异的,它内部的压力要更大一些,类似于一个气球,这也是那层肥皂膜得以存在的真正原因。
当对一个肥皂泡进行力的分解时,就会发现在任何一个肥皂泡上至少存在以下几个力:外部空气向内的压力、内部空气向外的压力、肥皂膜的表面张力、地球的引力以及肥皂泡的浮力。
在这些力中,表面张力起着关键作用,它维持着肥皂泡内外压力的平衡,也决定了泡泡的内部压力总是大于外部压力。作用于肥皂泡表面的压力差被称为拉普拉斯压力,计算这个压力差有一组复杂公式,它与肥皂泡的大小、膜厚度、温度以及液体的性质等等相关。
肥皂膜的结构:两层表面活性剂分子加中间的水(含溶解的表面活性剂分子)肥皂膜形成后,会不断变薄,原因:内部的溶液可以在重力作用下流动。蒸发。肥皂泡连接处/肥皂泡和框架连接处的液体形状是凹的,产生负压,“吸走”膜上的液体。边界叫做Gibbs ring或者Plateau border[2]。这个过程比较复杂,有兴趣的查marginal regeneration。 研究肥皂膜的把肥皂膜分成三类: 刚性膜(rigid film),简单流动膜(simple mobile film),不规则流动膜(irregular mobile film)。刚性膜的膜表面是“刚性”或“塑性(plastic)”的,(据说)用小棍弹一下很快就恢复原状。 膜厚且变薄的速度慢(以分钟甚至小时计时)。通常是在配方中加入醇类以降低蒸发。我们普通玩的肥皂泡泡都是简单流动膜,成分仅是表面活性剂的水溶液(洗衣粉或者洗洁精混水,对不对?)变薄的速度很快(以秒或者分钟计时)不规则流动膜成分为浓表面活性剂溶液,和简单流动膜的区别要到形成黑膜才出现,日常玩没差别。好,这里只是变薄的部分,为什么膜会破呢? “内部气体流动,内压大于外压“。内压大于外压对于肥皂泡是一定的,内部气体是否流动我不敢说,个人认为外部气体的流动更显著,造成的冲击更大。超过膜的承受力时,就破了。实际上如果没有气流等扰动,肥皂膜最终会以厚约30nm的黑膜存在。如此薄,以至于从空气->膜面的反射光1 与 射入膜后在膜-空气交界面上膜->膜的反射光2 只能相干加强波长小于可见光的电磁波,因此看起来是黑色的。因为啤酒的泡沫和肥皂泡类似,膜变薄到一定程度后,会有一个力阻止膜进一步变薄[3],因此啤酒沫破裂是一个成核过程。而香槟的泡沫(成分我不清楚了)破裂是一个相分离过程,不存在成核所需的能垒,因此即使没有外界扰动也会破掉。
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肥皂泡
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