梦幻肥皂泡
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梦幻肥皂泡 发布于:2018/11/10
    肥皂泡是由肥皂水形成的球形空心薄膜。在地心引力的作用下,肥皂泡的水集中于肥皂泡底部,导致肥皂泡上方的膜变薄,因此肥皂泡的存在时间通常很短。
  这层易破的膜是在水的表面张力作用下形成的。水面水分子间的相互吸引力比水分子与空气之间的吸引力强,这些水分子在空气中会紧紧地粘在一起。但这样并不足以形成泡泡,因为如果水分子之间过度黏合只会形成水滴,而肥皂改变了这种表面张力。
  吹出又大又漂亮的肥皂泡也是有技巧的,英国的一位“肥皂泡人”就能“吹”出长6m、直径1.5m的巨型肥皂泡。据说他有两个吹肥皂泡的技巧,其中最重要的就是保密的肥皂液配方。据说甘油是这秘方中的重要成分。
  这引起了我们的兴趣:甘油能否令脆弱的肥皂泡膜变得稳定、不易破?能否用加了甘油的皂液吹出更大的肥皂泡?让肥皂泡维持稳定的成分是什么?它们又是如何影响肥皂泡的?
  我们决定自己动手配置不同的肥皂液,通过实验得出令肥皂泡保持稳定的最佳配方,研究影响肥皂泡稳定性的因素。
  一、實验材料
  塑料碗若干,吸管若干,纯净水,甘油,胶水,肥皂末若干,白糖,珠光色洗手液,洗发液,洗洁精。
  二、实验设计
  取适量原料,配置三种不同比例的肥皂泡原液并编号。购买配好的泡泡水作为对照组,设计了以下三组实验。
  实验一:水∶肥皂末∶甘油=6∶1∶1
  实验二:水∶洗洁精∶甘油∶白糖=6∶2∶2∶2
  实验三:水∶胶水∶洗洁精∶洗发液=4∶1∶2∶2
  三、实验现象
  对照组:水透明清亮,密度低,起泡较少。吹出的泡泡在阳光下呈彩色,轻盈,膜薄透明,易破裂,一次吹出的泡泡较多,持续时间较短。
  实验一制得的泡泡水密度较高,黏度略强于对照组,起泡多。吹出的泡泡在阳光下无色,较轻盈,膜薄呈乳白色,不易破裂,但一次吹出的泡泡较少,持续时间较短。
  实验二制得的泡泡水清亮透明,密度低,起泡多且小。吹出的泡泡在阳光下呈彩色,十分轻盈,膜较薄,较实验一更稳定,吹出的泡泡较小且多,持续时间长于实验一。
  实验三制得的泡泡水呈乳白色,较浑浊,密度高,黏度较强,起泡较多。吹出的泡泡在阳光下呈彩色,比实验二的泡泡更沉重,膜较厚且有彩色光晕,不易破裂,吹出的泡泡小且多,持续时间长。
  由此我们猜想,在泡泡水制作的过程中,以水作为溶剂比肥皂末、洗洁精和洗发液的起泡效果更好。甘油、白糖、胶水增加了肥皂泡的黏度,使肥皂泡存在时间更长、更稳定。为了验证猜想,我们进行了第二次实验。
  四、进一步实验
  实验四:在实验三的基础上加入甘油,使水∶胶水∶洗洁精∶洗发液∶甘油=4∶1∶2∶2∶2
  实验五:在实验二的基础上加入胶水,使水∶洗洁精∶甘油∶白糖∶胶水=6∶2∶2∶2∶2
  实验四制得的泡泡水浓度更高,吹出的泡泡比实验三更加稳定,持续时间更长。
  实验五制得的泡泡水黏度更高,吹出的泡泡比实验二更沉重,膜厚,持续时间长。
  五、实验结论
  1.加入甘油的泡泡更稳定
  甘油(丙三醇)含大量羟基,可溶于水,与水结合能力强,降低了水的蒸发速率,延长了泡泡的保持时间,使泡泡更稳定。
  2.加入胶水的泡泡更稳定
  在重力作用下,泡泡上层的膜变薄易破裂。胶水作为一种黏合剂,可增加泡泡的黏度和厚度,减缓因重力作用导致的破裂。
  3.加入肥皂或洗涤剂更易形成较多、较大的泡泡
  泡泡是由于水的表面张力而形成的。这种张力是物体受到拉力作用时,存在于其内部而垂直于两相邻部分接触面上的相互牵引力。水面的水分子间的相互吸引力比水分子与空气之间的吸引力强,这些水分子就像被黏在一起。但如果水分子之间过度黏合,泡泡就不易形成了。肥皂改变了这种表面张力,肥皂水的表面张力降低到普通水的1/3,这正是形成泡泡所需的最佳张力。
  六、肥皂泡带来的启发
  泡泡虽小,但古往今来无数科学家仍积极开发它的潜在利用价值。
  1.用作显示屏
  肥皂泡的表面是一层薄膜,它可以透光,显示光的颜色。科研人员制作出一种超级薄且柔软的显示屏,在超声波的作用下,这种显示屏可让不同图像表现出不同质感。它还可以改变投射的影像的透明度。
  薄膜屏幕可通过超声波震动来控制和改变透明度和表面状态,通过超声波与薄膜的组合在屏幕上形成更真实、生动的画面。如果把几个肥皂泡显示屏组合在一起,观众还可以看到立体效果甚至全息投影。
  2.破灭的泡泡能量大
  科学家测量了肥皂泡破裂时的瞬时温度,结果令他们震惊不已。
  液态的肥皂泡猛地收缩时,它的内部变得非常炽热,温度大约是2万摄氏度,比太阳表面的温度高4倍!据猜测,瞬间高温说明在肥皂泡中也许发生了特殊反应,不过目前还没有确切的实验证据。
  3.良好的隔音效果
  沐浴时不小心被泡沫盖住了耳朵,仿佛一下子失去了听力,每个人或许都曾遇到这种情况。法国研究人员的一项最新研究解释了声音进入肥皂泡后是如何减弱的。
  原来,声波带来的气体震动会引起两种泡沫结构的运动。当使用低频声波时,声音传播的速度很慢,约30m/s,不会被泡沫隔绝。当使用高频声波时,音速提高(约220m/s)仅会造成气泡壁的运动,声音可以穿透泡沫。
  然而,当使用范围较大的中等频率声波时,气泡壁的运动方向会与声波带来的气体移动方向完全相反,声音会被完全封锁在气泡当中,产生了泡沫的隔音效果。这项研究成果对研发用于检测泡沫品质的声学探测仪等有重要意义。(指导老师:刘瑞敏)来源:发明与创新·中学生
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