Радужная магия

0

Первый месяц нового года удивил жителей Петербурга необычной международной выставкой: ее главные экспонаты – облака и гигантские мыльные пузыри.

Ранее, начиная с 2002 г., экспозиция была развернута в Швейцарии. Само появление подобной выставки, с успехом путешествующей по Европе, лучше всего доказывает, что, казалось бы, совершенно детские развлечения все больше привлекают внимание ученых и промышленников.

«Круглая радость»

Живший в XIX в. лорд Кельвин как-то сказал: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него. Вы можете всю жизнь заниматься его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». Ученые к этому совету прислушались и выяснили, что пузырь всегда стремится исключительно к сферической форме – даже если его выдувают из квадратной рамки. И форма эта может быть искажена лишь потоками воздуха.

Трудно сказать, когда люди познакомились с завораживающей магией мыльных пузырей. Мыло стало известно человечеству еще 4000 лет назад. А необычные фрески с первыми изображениями людей, выдувающими мыльные пузыри, археологи обнаружили при раскопках древних Помпей.

Своей нынешней популярностью мыльные пузыри обязаны необычному увлечению английского ученого Чарльза Бойса, более ста лет назад опубликовавшего основательный труд «Мыльные пузыри». Книга по сей день забавляет детей и помогает в исследованиях ученым-физикам. Одних только патентов на выдувание мыльных пузырей с тех пор выданы многие тысячи.

Причем, некоторые из них имеют промышленное значение! Радужные пузыри стали незаменимыми помощниками в разных отраслях. Архитекторы, к примеру, натягивают мыльную пленку на различные каркасы, выискивая таким образом самую экономичную и устойчивую форму покрытия, которую можно изготовить при минимальных затратах на материал.

В горной промышленности с помощью пузырей, только воздушных, проводят так называемую флотацию — обогащение горных руд. Пузырьки в растворе обволакивают частицы руды и поднимают их на поверхность, а пустая порода остается на дне. Сегодня российские ученые предлагают использовать мыльные пузыри даже для эффективной переработки нефти. Здесь используется свойство молекул мыла изменять поверхностную структуру помещенного в растворитель вещества.

Но всего этого могло и не быть, если бы не англичанин Джеймс Дьюар, развеявший миф о недолговечности мыльного пузыря. Ученый сумел более месяца хранить его в герметичном сосуде. Сегодня мыльные пузыри хранят под колпаком уже помногу лет, и это, похоже, не рекорд.

Самый обыкновенный мыльный пузырь представляет собой тонкую, в миллионные доли сантиметра, полоску воды, зажатую между двумя слоями мыла. В такой неустойчивой системе любое самое слабое движение приводит к схлопыванию.

Пузырь существует потому, что поверхность любой жидкости (в данном случае воды) имеет некоторое поверхностное натяжение – оно-то и делает поведение поверхности похожим на поведение чего-то эластичного. Распространенное заблуждение, что мыло увеличивает поверхностное натяжение воды. На самом деле, оно делает как раз обратное – уменьшает поверхностное натяжение примерно до трети от поверхностного натяжения чистой воды. При этом мыло избирательно усиливает слабые участки пузыря, не давая им растягиваться дальше. Сферическая форма пузыря также получается за счет поверхностного натяжения. Силы натяжения формируют сферу потому, что она имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме.

Однако лишь с развитием химической промышленности люди научились выдувать пузыри, которые дольше не лопаются или обладают поистине гигантскими размерами.

Мыльная фиеста

Еще большей загадкой долго было то, как покрасить мыльные пузыри, чтобы они были безопасными и непачкающимися. Обычные пищевые красители для раскрашивания мыльных пузырей не подходят. Они ни за что не желают оставаться на всей поверхности выдуваемого шара и просто стекают по стенкам к нижней точке летающей сферы. Мыльные пузыри, окрашенные другими, более устойчивыми красками, лопаясь, оставляли пятна на всем, с чем соприкасались.

Благодаря изобретательности и настойчивости американца Тима Кехоэ из Миннесоты, потратившего 10 лет и 3 млн. долл. из собственных сбережений на кропотливые исследования, секрет раскраски пузырей все же был раскрыт. Правда, мыльные исследования Кехоэ оказались далеко небезопасными. Однажды ему даже пришлось срочно уводить детей из дома, из-за возникновения реальной угрозы взрыва.

После проведения более 10 тыс. экспериментов Тим таки создал почти идеальную формулу цветных мыльных пузырей. Но тут компания «Проктер и Гэмбл» вдруг перестала выпускать моющее средство, которое он использовал. В поисках нового раствора Кехоэ консультировался у учёных из разных областей науки и с сотнями специалистов. В конце концов, Тиму удалось придумать три разных красителя, которые давали насыщенные, равномерно распределённые цвета, а главное, не представляли опасности для человека. Правда, сегодня растворы для цветных мыльных пузырей выпускаются лишь в США и странах Западной Европы и только в трёх цветах: синем, красном и жёлтом. Но планы Кехоэ идут дальше: технику окраски пузырей он намерен использовать при производстве шампуней, мыла, зубных паст, пластика и прочих бытовых предметов.

Чтобы научиться выдувать оригинальные мыльные пузыри, необходимо затратить на это довольно много времени. Неспроста с 1985 г. имена самых удачливых надувателей пузырей – сами они гордо называют себя пузыреологами – заносятся в Книгу рекордов Гиннеса. Так, в 1985 г. мастер из Швейцарии публично выдул пузырь длиной 4,5 м. А в 1996 г. Алан Маккей пустил мыльный пузырь длиной уже 32 м!

Другие умельцы вытворяют с пузырями ранее невиданные трюки: десятками загоняют их один в другой, укладывают в длинные бисерные цепочки и складывают из них цветные узоры, заставляют танцевать на шерстяной или джинсовой ткани, а то и на невидимой подушке из углекислого газа.

Стоит ли удивляться, что профессиональные фокусники не обошли вниманием эти необычные свойства пузырей и сделали обычную мыльную забаву предметом прибыльного ремесла. Специалисты подсчитали, что из капли мыльной воды объемом в 1 куб. миллиметр можно выдуть пузырь диаметром 20 см, а 1 миллилитра спецраствора хватит на пузырь диаметром 6 м! Экономия материала налицо, так что успех бизнеса полностью зависит от ловкости рук. И теперь в разных концах земного шара процветают грандиозные мыльные шоу, где воздушных акробатов на потребу публике без труда превращают в огромные прозрачные шары и прочие предметы. Или создают настоящий дождь из разноцветных мыльных пузырей. А то предлагают зрителям оказаться внутри гигантского пузыря.

Кроме того, сегодня в мире уже сложились некоторые мыльные традиции. Например, многие молодожены в день свадьбы «сажают» пузыри на руки. Когда ладони жениха и невесты соприкасаются, они сливаются в свадебный символ — два кольца.

Вдохновение для ученых

Ученые также по сей день не на миг не оставляют мыльные пузыри без своего внимания. С помощью «радужных шариков» наука смогла объяснить процесс гравитации и доказать, что из-за высокого внутреннего давления мыльный пузырь, лопнувший под водой, способен разрушить даже металл.

Недавно ученым удалось даже заморозить мыльный пузырь – чтобы затем воскресить его. Эксперименты показали, что пузыри замерзают при температуре около –7 град. по Цельсию. Пленка при этом оказывается не хрупкой, какой, казалось бы, должна быть образовавшаяся тонкая корочка льда, а пластичной. Эта пластичность пленки – следствие малости ее толщины. Если дать возможность мыльному закристаллизовавшемуся пузырю упасть на пол, он не разобьется, как стеклянный шар. На нем появятся вмятины, а отдельные обломки закрутятся в трубочки.

Для начала кристаллизации мыльного пузыря на морозе достаточно сверху бросить на него простую снежинку. Пузырь замерзнет также, если его аккуратно положить на снег.

Изучение физических процессов, происходящих при заморозке мыльных пузырей, совершенно неожиданно позволило ученым глубже вникнуть… в проблемы бессмертия. Наблюдать пузыри намного проще, чем биологические объекты, содержащие избыточное число всевозможных факторов, неподдающихся строгому учету и физическому контролю.

А совсем недавно физикам с помощью лазера удалось получить пузыри уже с плоским сечением в виде квадрата, кольца и многих других геометрических фигур. Как уверяют ученые, их открытие имеет важное практическое применение. Так, среди прочих физикам удалось получить V-образный пузырь. Оказалось, что после его схлопывания образуются струи жидкости, скорость которых может достигать 10 м/сек. Ученые предполагают, что подобные направленные потоки можно использовать, например, для того, чтобы гнуть углеродные нанотрубки.

А вот геометрия мыльных пузырей, несмотря на все достижения математики, остается для ученых очень сложной задачей. Например, ответ на вопрос, как соединить два мыльных пузыря, чтобы свести к минимуму их суммарную площадь поверхности (включая перегородку), математикам удалось получить лишь в 2000 г. Однако тот же вопрос для трех и более пузырей до сих пор остается открытым.

Мыльные пузыри в Книге рекордов Гиннесса:

1997 г. — Фэн Янг соорудил самую большую в мире стену из мыльных пузырей высотой 48 м и площадью 370 кв. м;

2007 г. — Сэм Хист разместил в мыльном пузыре высотой 1,5 м и шириной 3,3 м 50 чел.

Как делать мыльные пузыри

А теперь несколько советов относительно того, как делать мыльные пузыри. Раствор для мыльных пузырей можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. Для этого надо настругать хозяйственное мыло в воду, лучше кипяченую, размешайте до растворения. Раствор можно подогреть, чтобы мыло быстрее растворилось. Только осторожно, иначе можно сильно обжечься.

Как выдувают пузырь

Окунув трубочку в раствор и, держа ее отвесно – так, чтобы на конце образовалась пленка жидкости, осторожно дуют в нее. Поскольку пузырь наполняется при этом теплым воздухом наших легких, который легче окружающего комнатного воздуха, то выдутый пузырь тотчас же поднимается вверх. Чтобы выдувать пузыри большого диаметра лучше либо расщепить на конце трубочку (соломинку), либо надеть на конец колечко (можно сделать из ластика). Самые большие пузыри удается выдувать при помощи трубки в форме воронки.

Если удастся сразу выдуть пузырь в 10 см диаметром, то раствор годен; в противном случае в жидкость добавляют еще мыло, до тех пор, пока не получится выдувать пузыри указанного размера. Но этого испытания мало. Выдув пузырь, обмакивают палец в мыльный раствор и стараются пузырь проткнуть; если он не лопнет, можно приступить к опытам; если же пузырь не выдержит, надо опять добавить еще немного мыла.

Производить опыты нужно медленно, осторожно, спокойно. Освещение должно быть, по возможности, яркое: иначе пузыри не проявят своих радужных переливов.

Мыльный пузырь вокруг цветка

В тарелку или на поднос наливают мыльного раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2-3 мм; в середину кладут цветок или вазочку и накрывают стеклянной воронкой.

Затем, медленно поднимая воронку, дуют в ее узкую трубочку – образуется мыльный пузырь. Когда этот пузырь достигнет достаточных размеров, наклоняют воронку, высвобождая из-под нее пузырь. В этом случае цветок окажется лежащим под прозрачным полукруглым колпаком из мыльной пленки, переливающейся всеми цветами радуги.

Вместо цветка можно взять статуэтку, увенчав ее голову мыльным пузырьком. Для этого необходимо предварительно капнуть на голову статуэтки немного раствора, а затем, когда большой пузырь уже выдут, проткнуть его и выдуть внутри его маленький.

Несколько пузырей друг в друге

Из воронки, употребленной для описанного выше опыта, выдувают большой мыльный пузырь. Затем соломинку погружают в мыльный раствор так, чтобы только кончик ее, который придется взять в рот, остался сухим, и просовывают ее осторожно через стену первого пузыря до центра. После этого, медленно вытягивая затем соломинку обратно, не доводя ее до края, выдувают второй пузырь, заключенный в первом, в нем – третий, четвертый и т. д.

Цилиндр из мыльной пленки

Получается между двумя проволочными кольцами. Для этого на нижнее кольцо спускают обыкновенный шарообразный пузырь, затем сверху к пузырю прикладывают смоченное второе кольцо и, поднимая его вверх, растягивают пузырь, пока он не сделается цилиндрическим. Любопытно, что если поднять верхнее кольцо на высоту, большую, чем длина окружности кольца, то цилиндр в одной половине сузится, в другой расширится и затем распадется на два пузыря.

Кстати, несколько капель глицерина, добавленные в мыльный раствор, сделают ваши пузыри незабываемыми. Остается только наслаждаться цветом и размером «круглой радости».

Подготовил Олег Лобанов

Поделиться.

Комментарии закрыты