Kodėl burbulai sudaro sferas?
Trumpas atsakymas: Burbulai sudaro sferas, nes muilo plėvelė traukiasi į tokią formą, kuriai esant tam tikram tūriui reikia mažiausio paviršiaus ploto. Sfera turi mažiausią paviršiaus plotą esant tam tikram tūriui, todėl paviršiaus įtempimas burbulus daro apvalius.
Išsamesnis paaiškinimas
Burbulas yra plona skysčio plėvelė, laikanti viduje orą. Skysčio paviršius veikia kaip ištempta oda. Ta „oda“ traukiasi į vidų dėl paviršiaus įtempimo, kuris yra skysčio molekulių tarpusavio trauka.
Kad oras išliktų viduje, plėvelė įgauna formą su mažiausiu plėvelės plotu. Esant fiksuotam oro kiekiui, sfera užima mažiausią paviršiaus plotą. Taigi burbulas tampa apvalus.
Jei burbuliukai liečiasi, jie turi bendras sieneles ir gali sudaryti plokščius paviršius, tačiau kiekviena kišenė grupės viduje vis tiek stengiasi būti kuo apvalesnė. Muilas padeda plėvelei sukibti ir neleidžia burbulams per greitai sprogti, sumažindamas ir subalansuodamas paviršiaus įtempimą.
Norintiems suprasti tiksliau
Įvardyti dėsniai / principai: Paviršiaus įtempimas ir Youngo-Laplaso dėsnis.
Paviršiaus įtempimas yra jėga skysčio paviršiuje, kurią sukelia molekulės, traukiančios viena kitą. Muilo burbulas turi dvi skysčio plėvelės puses (vidinę ir išorinę), o paviršiaus įtempimas veikia abi puses. Esant tam tikram oro tūriui, forma su mažiausiu paviršiaus plotu yra sfera.
Youngo-Laplaso dėsnis susieja paviršiaus išlinkimą su slėgio skirtumu jame: mažesnis spindulys reiškia didesnį vidinį slėgį. Sferinio burbulo slėgio skirtumas yra maždaug ΔP = 4γ/R, kai muilo burbulas turi du paviršius (γ yra paviršiaus įtempimas, R yra spindulys) . Šis slėgis padeda nustatyti burbulo dydį ir išlinkimą.
Kai burbulai susitinka, plėvelės susitinka tam tikrais kampais, kad bendras paviršiaus plotas būtų mažas, todėl putos atrodo kaip supakuotos daugiasienės.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai laboratoriniuose eksperimentuose matavo slėgį, formas ir jėgas ir sulygino juos su Youngo-Laplaso lygtimi ir paviršiaus įtempimo teorija. Jie taip pat naudoja vaizdus ir matematinius modelius, kurie prognozuoja apvalias formas, kurias stebime.
Pavyzdžiai gamtoje
- Muilo burbulas, sklandantis ore
- Vandens lašeliai, besiritantys ant vaškuoto automobilio paviršiaus
- Oro burbulas, kylantis vandens stiklinėje
- Burbulai putose, panašiose į muilo putas ar skutimosi putas
- Balionai (pripūsti guminiai) yra apvalūs dėl panašių slėgio priežasčių
Namų Darbai
Pūskite burbulą ir stebėkite jo formą
Sauga: Neįkvėpkite per purškimo lazdelę; naudokite netoksišką muilo tirpalą; mažiems vaikams reikalinga suaugusiųjų priežiūra.
Priemonės
- indų ploviklis
- vanduo
- mažas dubenėlis
- burbulų purškimo lazdelė arba šiaudelis
- matavimo šaukštas
Žingsniai
- Dubenyje sumaišykite 1 puodelį vandens su 1 arbatiniu šaukšteliu indų ploviklio ir švelniai išmaišykite.
- Panardinkite purškimo lazdelę arba šiaudelį į tirpalą ir švelniai, tolygiai įkvėpkite, kad susidarytų burbulas.
- Stebėkite burbulą ore ir atkreipkite dėmesį į jo apvalią formą.
- Suglauskite du burbulus ir pažiūrėkite, kaip jie susijungia ir sudaro plokščias bendras sieneles. Ką tai rodo: Paviršiaus įtempimas traukia plėvelę į sferą ir susidaro bendros sienelės, taip sumažinant bendrą paviršiaus plotą.
Žodynas
- Paviršiaus įtempimas: trauka skysčio paviršiumi, kurią sukelia molekulių trauka viena kitai.
- Youngo-Laplaso dėsnis: taisyklė, siejanti paviršiaus kreivumą su slėgio skirtumu jame.
- Spindulys: atstumas nuo sferos centro iki jos krašto; mažesnis spindulys reiškia didesnį vidinį slėgį.
- Putos: burbuliukų sankaupa, suspausta taip, kad jų sienelės liestųsi ir sudarytų plokščius paviršius.
Atsakymai į klausimus
Kodėl maži lašeliai atrodo apvalesni nei dideli balutės?
Mažus lašelius daugiausia formuoja paviršiaus įtempimas, kuris yra palankus apvalioms formoms; dideles balutes taip pat laiko gravitacija.
Ar visų burbuliukų viduje yra vienodas slėgis?
Ne; mažesnių burbuliukų vidinis slėgis yra didesnis nei didesnių dėl stipresnio jų išlinkimo.
Kodėl burbuliukai sprogsta?
Burbuliukai sprogsta, kai skysčio plėvelė per daug suplonėja, išdžiūsta arba yra sutrikdoma, todėl paviršiaus įtempimas ją nutraukia.