Γιατί οι φυσαλίδες είναι στρογγυλές;

Οι φυσαλίδες είναι στρογγυλές επειδή η επιφανειακή τάση του φιλμ σαπουνιού τις τραβάει σε σχήμα σφαίρας. Αυτό συμβαίνει επειδή η επιφανειακή τάση είναι η δύναμη που εξισορροπεί την εσωτερική δύναμη των μορίων του αέρα στη φυσαλίδα και την προς τα έξω δύναμη των μορίων αέρα στη φυσαλίδα.

Στην περίπτωση των φυσαλίδων, τα μόρια αέρα που είναι παγιδευμένα μέσα υφίστανται μια δύναμη από τα μόρια του αέρα έξω από τη φυσαλίδα. Αυτοί, με τη σειρά τους, ασκούν επίσης μια ίση και αντίθετη δύναμη. Εξαιτίας αυτού, οι φυσαλίδες αέρα στο εσωτερικό προσπαθούν να συγκεντρωθούν σε ένα σχήμα που ελαχιστοποιεί την επαφή τους με τον εξωτερικό αέρα. Το σχήμα που προκύπτει είναι σφαιρικό.

Θυμάμαι ότι όποτε πήγαινα σε οποιοδήποτε πανηγύρι, πάντα έψαχνα ένα από αυτά τα μικρά πράγματα με τα οποία μπορείς να φτιάξεις φούσκες. Ξέρετε, το μικρό μπουκαλάκι του διαλύματος σαπουνιού και ένα «ραβδί» που μπορείτε να βουτήξετε στο πρώτο και μετά να το φυσήξετε για να φτιάξετε στρογγυλές, όμορφες φυσαλίδες.

Λοιπόν, αν η περιγραφή μου δεν βοηθάει πολύ, η παρακάτω εικόνα θα σας πει για τι πράγμα μιλάω:

Έχετε φτιάξει τέτοιες φυσαλίδες; (Φωτογραφία :Pixabay)

Είμαι βέβαιος ότι έχετε φτιάξει φυσαλίδες χρησιμοποιώντας αυτήν τη «συσκευή» κάποια στιγμή. αν όχι, μπορεί να είσαι νεκρός μέσα σου. Ή από άλλο πλανήτη.

Τέλος πάντων, το πράγμα με τις φυσαλίδες που είναι πολύ ωραίο είναι ότι α) είναι τόσο πολύχρωμες και β) συνήθως είναι απολύτως σφαιρικές. Ανεξάρτητα από το μέγεθος, οι φυσαλίδες που σχηματίζονται με αυτό το παιχνίδι είναι πάντα στρογγυλές!

Αν το σκεφτείτε, δεν είναι μόνο οι φυσαλίδες που δημιουργεί αυτό το παιχνίδι που είναι σφαιρικές, αλλά σχεδόν όλες οι φυσαλίδες, σωστά; Έχετε σκεφτεί ποτέ γιατί;

Σημείωση: Δεν είναι απαραίτητα όλες οι φυσαλίδες σφαιρικές. μπορούν να έχουν διαφορετικά σχήματα εκτός από σφαίρα, αλλά για το σκοπό αυτού του άρθρου, θα εξετάσουμε μόνο τα πιο γενικά σχήματα, δηλαδή τα σφαιρικά.

Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε.

Τι είναι οι φυσαλίδες;

Μια σαπουνόφουσκα είναι ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα σαπουνόνερου που περικλείει έναν δεδομένο όγκο αέρα. Ως εκ τούτου, η φυσαλίδα σχηματίζει μια κούφια σφαίρα και έχει μια ιριδίζουσα επιφάνεια (δηλαδή, μια επιφάνεια που φαίνεται να αλλάζει σταδιακά χρώμα όταν την βλέπουμε από διαφορετικές γωνίες).

Οι σαπουνόφουσκες είναι ιριδίζουσες. (Φωτογραφία :Pixabay)

Με απλά λόγια, θα μπορούσατε να πείτε ότι μια φούσκα είναι απλώς αέρας τυλιγμένος σε φιλμ σαπουνιού. Η μεμβράνη σαπουνιού είναι κατασκευασμένη από νερό (ή κάποιο άλλο υγρό) και σαπούνι.

Οι σαπουνόφουσκες δεν διαρκούν περισσότερο από μερικά δευτερόλεπτα και συχνά σκάνε μόνες τους ή αφού έρθουν σε επαφή με κάτι άλλο. Οι φυσαλίδες μπορεί να σκάσουν όταν χτυπηθούν με κάτι ή ακόμα και να σκάσουν μόνες τους. Το τελευταίο συμβαίνει όταν εξατμίζεται το νερό ανάμεσα στην επιφάνεια του φιλμ σαπουνιού.

Αυτά είναι μερικά βασικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για τις φυσαλίδες γενικά. Τώρα, ας αντιμετωπίσουμε το ερώτημα που θέσαμε στον τίτλο:

Γιατί οι φυσαλίδες είναι στρογγυλές;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μια φυσαλίδα είναι ουσιαστικά ένα φιλμ με σαπουνόνερο που περιβάλλει έναν δεδομένο όγκο αέρα. Τώρα, αυτή η λεπτή μεμβράνη σαπουνιού αποτελείται από μόρια που έχουν την τάση να έλκονται μεταξύ τους. Ο αέρας που περιβάλλεται από αυτό το φιλμ συστέλλεται από το φιλμ και επειδή είναι αέριο, ασκεί ίση δύναμη σε κάθε σημείο επιφάνειας που έρχεται σε επαφή με αυτό.

Μια φυσαλίδα παγιδεύει αέρα μέσα της και ως εκ τούτου είναι κούφια. (Φωτογραφία :Pixabay)

Η μεμβράνη συνεχίζει να συστέλλεται έως ότου επιτευχθεί ένα σημείο όπου οι δυνάμεις που προκαλούν τη συστολή της μεμβράνης εξισορροπούνται από την πίεση (η οποία προκαλεί τα μόρια του αέρα να ασκούν δύναμη στο φιλμ) που ο παγιδευμένος αέρας ασκεί πίσω στο φιλμ. Σε αυτή τη συγκυρία, οι δυνάμεις που ασκούνται και βιώνουν και τα δύο μέρη βρίσκονται σε ισορροπία.

Το σχήμα που προκύπτει από μια τέτοια ισορροπία δυνάμεων είναι μια σφαίρα, επειδή, μαθηματικά, μια σφαίρα είναι το μόνο σχήμα στο οποίο κάθε σημείο είναι ακριβώς το ίδιο με κάθε άλλο σημείο του σχήματος. Έτσι, σε μια σφαιρική φυσαλίδα, κάθε μόριο σαπουνιού έλκει ίσο αριθμό γύρω μορίων σαπουνιού.

Πώς ο αέρας που παγιδεύεται μέσα στη φυσαλίδα οδηγεί σε σφαιρικό σχήμα.

Ένας άλλος τρόπος για να δούμε το σφαιρικό σχήμα των φυσαλίδων είναι ότι μια σφαίρα είναι το μόνο σχήμα που μπορεί να αποθηκεύσει έναν δεδομένο όγκο (οτιδήποτε) και να διατηρήσει τη μικρότερη επιφάνεια. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι έχετε δύο δοχεία, το ένα από τα οποία είναι σφαιρικό και το άλλο κυβικό. Και τα δύο αυτά δοχεία μπορούν να αποθηκεύσουν την ίδια ποσότητα υλικού σε αυτά.

Αν μετρήσετε τις διαστάσεις τους, ωστόσο, θα παρατηρήσετε ότι η επιφάνεια του σφαιρικού δοχείου θα ήταν μικρότερη από την κυβική. Αυτό ισχύει για κάθε άλλο σχήμα σε σύγκριση με μια σφαίρα. το τελευταίο έχει πάντα τη μικρότερη επιφάνεια για έναν δεδομένο όγκο.

Στην περίπτωση των φυσαλίδων, τα μόρια αέρα που είναι παγιδευμένα μέσα υφίστανται μια δύναμη από τα μόρια του αέρα έξω από τη φυσαλίδα. Αυτοί, με τη σειρά τους, ασκούν επίσης μια ίση και αντίθετη δύναμη. Εξαιτίας αυτού, οι φυσαλίδες αέρα στο εσωτερικό προσπαθούν να συγκεντρωθούν σε ένα σχήμα που ελαχιστοποιεί την επαφή τους με τον εξωτερικό αέρα. Το σχήμα που προκύπτει είναι πάντα σφαιρικό και η δύναμη που έλκει τις φυσαλίδες αέρα μεταξύ τους και τις διατηρεί σε σφαιρικό σχήμα αναφέρεται ως επιφανειακή τάση.

Με άλλα λόγια, θα μπορούσατε να πείτε ότι είναι η επιφανειακή τάση που είναι υπεύθυνη για το σφαιρικό σχήμα των φυσαλίδων.