为什么肥皂气泡是圆的？

详细内容

• 01

  因为表面张力使液体膜总是把自己拉紧，使自己尽量处于一种最紧凑的状态——自然界里最紧凑的形状就是球形。因此，肥皂泡里面的空气紧凑地挤在一起，产生的力与围绕肥皂泡的外力相同。

  

  我们都喜欢泡泡，特别是滚圆滚圆、又闪着虹彩的肥皂泡。英国科学家查•波易斯出于对这种现象的好奇撰写了一本200页的书，书名叫做《肥皂泡的色彩和塑形力》。波易斯称气泡为“华丽的东西”，认为使气泡成形的力存在于所有液体中，倒茶或者趟河时都会看到气泡泛起。

  可以想象向气球里注水的情景，水注得越多，橡胶皮的气球就越大，直到胀爆。再想象一下水滴：水挂在水龙头口上聚集成滴，越聚越大，大到一定程度后会最终掉下来。波易斯提出一个问题：水滴到底为什么会挂在水龙头上，就好像水被装在像气球一样的塑料袋里，直到装得太多袋子就破掉或掉下来呢？

  事实上水滴外面并没有袋子。但是波易斯认为，一定存在着某种无形的表皮使水能够聚集成滴。这种“表皮”其实是水以及其他液体的一种性质，即表面张力。以水为例，在液面下，水分子之间有很强的吸引力，但表面的水分子与其上的空气分子之间并没有吸引作用，它们只受到下面的水分子向下、向内的吸引，这种“表面张力”便起到了水滴的“表皮”的作用。这层“表皮”使水滴能够挂在水龙头上，直到超重之后才掉下来。

  不同液体有不同强度的“表皮”。比如，酒精的表面张力就比水小很多，根本不会成滴。但是水银的表面张力却是水的6倍，从破碎的温度计里流出的水银珠可以在地板上滚来滚去。用肥皂水能吹出泡泡来也是因为有表面张力。用吸管在肥皂水里蘸一下，在吸管的横截面上就形成一层膜，如果对着吸管另一端吹气，这层膜就像气球一样鼓起来，然后形成一个闭合的空气泡，风一吹就飘走了。

  

  由于肥皂泡表面是有弹性的，肥皂泡里的空气承受着压力——跟气球里的情形一样。压力的大小取决于肥皂泡曲面绷紧的程度，曲面越紧绷，肥皂泡越小，里面空气的力就越大。波易斯通过实验发现，肥皂泡破碎的情形跟充气气球松开扎口的情形一样，气体从气泡里射出来，有时竟然可以吹灭蜡烛。

  那么肥皂泡到底为什么是圆的呢？这是因为表面张力使液体膜总是把自己拉紧，使自己尽量处于一种最紧凑的状态——自然界里最紧凑的形状就是球形。因此，肥皂泡里面的空气紧凑地挤在一起，产生的力与围绕肥皂泡的外力相同。但是波易斯发现，对正圆形的肥皂泡施加外力也可以改变它的形状，比如，如果用两个环粘住肥皂泡，然后把两个环向两端拉，肥皂泡就可以变成圆柱形。但是，这种非圆形的肥皂泡体积越大就越容易破碎。一个很长很长的圆柱形肥皂泡中间会慢慢变细，继而分开，最终形成两个单独的半圆泡。