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肥皂泡杂谈(1):彩色肥皂泡的奥秘 精选

已有 4452 次阅读 2012-1-14 22:25 |个人分类:趣说空泡|系统分类:科普集锦|关键词:彩色肥皂泡| 彩色肥皂泡

博主:相信大多数读者的童年都玩过肥皂泡,它带给了我们很多童年的美好回忆。但你可能不知道小小的肥皂泡却包含着很多深刻的物理,数学和化学等学科的知识。同时,肥皂泡也是画家笔下的素材,表演艺术家的道具,摄影爱好者的”模特“,科学家的研究对象。全世界有很多的肥皂泡爱好者,他们建立了专门的肥皂泡节日和专业性的网站,促进公众对肥皂泡相关知识的了解。近期,我将在博客上发表一系列关于肥皂泡的博文,敬请关注。该系列博文的撰写受到了武际可老师的大作(从吹肥皂泡说起[J].力学与实践,2005,27(6):86-88)的启发,特此致谢。

肥皂泡杂谈(1):彩色肥皂泡的奥秘

张宇宁

在阳光下,肥皂泡呈现绚丽的色彩(图一), 这个主要是由于光波的反射和干涉造成的。由于彩色的肥皂泡很美观,人们自然而然的希望能够制作出在一般情况下也能呈现出彩色的肥皂泡。一些爱好者首先尝试将一些彩色料(如果汁等)加入到肥皂水中。但遗憾的是,由于这些颜料会附着在水分子而不是表面活性剂上面,这些染料由于重力的作用会汇聚在肥皂泡底部,而肥皂泡的其他部分仍然无色(图二)。


图一 阳光下的肥皂泡


图二 在重力作用下加入果汁后吹出来的肥皂泡

玩具发明家Tim Kehoe在厨房里一次意外的制作出了一种蓝色的空泡。但这种彩色肥皂泡有一个致命的缺点是会弄脏衣服,不易清洗,因此不适宜做为玩具在市场上进行推广。这个问题在很长时间内都没有得到解决。后来,染料化学家Ram Sabnis采用了一种特殊的染料解决了此问题。该染料能够跟表面活性剂而不是水分子相结合,因此会使肥皂泡呈现均匀的某种可控制的单一色彩。这种特殊染料的分子是一个内酯环,吹肥皂泡时,该环是封闭的,染料将吸收除了肥皂泡颜色以外所有的可见光,肥皂泡便呈现出一定的颜色。如果该染料暴露在空气中一定时间,内酯环将打开,不吸收任何的可见光,因此解决了弄脏衣物的问题。2009年,几经周折,第一个商业化的彩色肥皂泡(名为Zubbles)终于投向了市场(图三)。除此以外,还有很多比较简单的制作彩色肥皂泡的方法[1],有兴趣的读者可以一试。


图三 彩色的肥皂泡(Zubbles)。图片来源: http://www.zubbles.com

最后,我们试想一下,如果普通的与水结合的彩色染料(果汁等)在太空中失重的情况下,是不是就可以吹出彩色的肥皂泡了呢?日本有个小女孩对这个问题很感兴趣,幸运的是,她的母亲是日本的宇航员山崎直子(Naoko Yamazaki)。2010年,山崎直子在空间站进行了上述实验,她采用果汁和肥皂水混合,确实吹出了红色的肥皂泡(图四)。


图四 在太空失重条件下加入果汁后吹出来的肥皂泡。图片来源:http://www.zimbio.com/



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