我們都喜歡泡泡,特別是滾圓滾圓、又閃著虹彩的肥皂泡。英國科學家查·波易斯出於對這種現象的好奇撰寫了一本200頁的書,書名叫做《肥皂泡的色彩和塑形力》。
波易斯稱氣泡為“華麗的東西”,認為使氣泡成形的力存在於所有**中,倒茶或者趟河時都會看到氣泡泛起。
可以想象向氣球裏注水的情景,水注得越多,橡膠皮的氣球就越大,直到脹爆。
再想象一下水滴:水掛在水龍頭口上聚集成滴,越聚越大,大到一定程度後會最終掉下來。波易斯提出一個問題:水滴到底為什麽會掛在水龍頭上,就好像水被裝在像氣球一樣的塑料袋裏,直到裝得太多袋子就破掉或掉下來呢?
事實上水滴外麵並沒有袋子。但是波易斯認為,一定存在著某種無形的表皮使水能夠聚集成滴。這種“表皮”其實是水以及其他**的一種性質,即表麵張力。
以水為例,在液麵下,水分子之間有很強的吸引力,但表麵的水分子與其上的空氣分子之間並沒有吸引作用,它們隻受到下麵的水分子向下、向內的吸引,這種“表麵張力”便起到了水滴的“表皮”的作用。這層“表皮”使水滴能夠掛在水龍頭上,直到超重之後才掉下來。
不同**有不同強度的“表皮”。比如,酒精的表麵張力就比水小很多,根本不會成滴。但是水銀的表麵張力卻是水的6倍,從破碎的溫度計裏流出的水銀珠可以在地板上滾來滾去。
用肥皂水能吹出泡泡來也是因為有表麵張力。用吸管在肥皂水裏蘸一下,在吸管的橫截麵上就形成一層膜,如果對著吸管另一端吹氣,這層膜就像氣球一樣鼓起來,然後形成一個閉合的空氣泡,風一吹就飄走了。
由於肥皂泡表麵是有彈性的,肥皂泡裏的空氣承受著壓力——跟氣球裏的情形一樣。壓力的大小取決於肥皂泡曲麵繃緊的程度,曲麵越緊繃,肥皂泡越小,裏麵空氣的力就越大。波易斯通過實驗發現,肥皂泡破碎的情形跟充氣氣球鬆開紮口的情形一樣,氣體從氣泡裏射出來,有時竟然可以吹滅蠟燭。
那麽肥皂泡到底為什麽是圓的呢?這是因為表麵張力使**膜總是把自己拉緊,使自己盡量處於一種最緊湊的狀態——自然界裏最緊湊的形狀就是球形。因此,肥皂泡裏麵的空氣緊湊地擠在一起,產生的力與圍繞肥皂泡的外力相同。
但是波易斯發現,對正圓形的肥皂泡施加外力也可以改變它的形狀,比如,如果用兩個環粘住肥皂泡,然後把兩個環向兩端拉,肥皂泡就可以變成圓柱形。但是,這種非圓形的肥皂泡體積越大就越容易破碎。一個很長很長的圓柱形肥皂泡中間會慢慢變細,繼而分開,最終形成兩個單獨的半圓泡。