Всі ми захоплюємося бульбашками, особливо мильними - їх ідеально круглою формою і переливається різними фарбами поверхнею. Їх колір і сили, які надають їм форму ». Бойз назвав мильні бульбашки чудовим експериментальним об'єктом і вказав, що сили, які надають форму міхура, присутні в усіх рідинах.
Ці сили всюдисущі. Без них не обходиться заварка чаю, без них не можна закрити поточний кран на кухні, про них пам'ятають, пірнаючи в воду. Загалом, будь-яка рідина володіє цією силою.
Що змушує краплі води збиратися разом?
Уявіть собі, що ви наповнюєте водою повітряну кульку. Чим більше води ви в нього наливаєте, тим сильніше розтягується гумова оболонка кульки. Зрештою, вона перестане розтягуватися і лопне. Тепер уявіть собі краплю води. Вода збирається на кінчику піпетки у вигляді зростаючої краплі. Крапля стає все більше і більше. Нарешті вона досягає певного критичного розміру і відривається від кінчика піпетки.
Бойз задав собі питання: «А чому вода взагалі збирається на кінчику піпетки у вигляді краплі?» Враження таке, що вода стікає в маленький еластичний мішечок, на зразок повітряної кульки. Цей мішечок відривається від піпетки тоді, коли переповнюється водою. Навколо краплі, природно, немає ніякого еластичного мішечка. Але що - то ж повинно утримувати краплю в її класичній формі. Повинна бути якась - то невидима оболонка, яке то щось.
Поверхневий натяг
Це щось - властивість води і будь-який інший рідини - називається поверхневий натяг. Візьмемо воду. Молекули води під її поверхнею пов'язані між собою потужними силами міжмолекулярної взаємодії. Розташовані в поверхневому шарі молекули відчувають силу тяжіння тільки з боку нижчих і сусідніх молекул. Тобто поверхневі молекули води притягуються всередину і в сторони. Саме така взаємодія сил створює на поверхні води ефект плівки, або поверхневий натяг.
Таким чином, поверхневий натяг можна розглядати як своєрідну «оболонку» води. Ця оболонка змушує висіти краплю на кінці водопровідного крана. Коли ж крапля стає занадто великий, оболонка не витримує і рветься. Бойз підкреслював, що у різних рідин оболонки мають різну міцність. Спирт має меншу поверхневий натяг, тому утворює більш дрібні краплі, ніж вода. А ось ртуть, яка бігає по підлозі дрібними кульками, коли розбивається термометр, має поверхневий натяг в шість разів більше, ніж у води.
Що не дає лопнути мильна бульбашка?
Сила поверхневого натягу не дає лопнути мильна бульбашка. Коли ви опускаєте рамку в мильний розчин, а потім виймаєте її звідти, то бачите тонку райдужну плівку, яка закриває просвіт рамки. Подуйте на рамку. З неї почне випинатися міхур. Мильна плівка розтягується на зразок еластичною оболонки. Подуйте ще. Мильна плівка зійдеться навколо повітря, і мильна бульбашка відправиться в самостійну подорож, переливаючись всіма кольорами веселки.
Оболонка мильної бульбашки має еластичні властивості, тому повітря всередині міхура знаходиться під тиском, як повітря всередині камери футбольного м'яча. Величина всередині міхура тиску залежить від кривизни стінки міхура. Чим більше кривизна і чим менше міхур, тим більше тиск. Бойз експериментально довів, що повітря, що вирвався з лопнув мильної бульбашки, може загасити полум'я свічки.
Але чому ж все - таки міхур цілий?
Відповідь полягає в тому, що сили поверхневого натягу прагнуть надати мильній бульбашці максимально компактну форму. Найкомпактніша форма в природі - це куля (а не куб, наприклад). При кулястої формі повітря всередині міхура рівномірно тисне на всі ділянки його внутрішньої стінки (по крайней мере, до тих пір, поки міхур не лопне).
Однак той же Бойз зауважив, що, доклавши зовнішнє зусилля, можна зробити міхур несферіческой форми. Якщо розтягнути мильну плівку між двома кільцями і потягнути на розрив, то утворюється мильна бульбашка циліндричної форми. Чим більше розмір такого циліндричного міхура, тим менше його міцність. Зрештою, в середині такого міхура з'являється перетяжка, і він ділиться на два звичайних круглих міхура.