美國再出變態泡王!為吹出史上最大泡泡,竟把實驗室當作遊樂場

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我有一個夢想

就是成為泡王


提到吹泡泡,超模君相信,肯定是模友們最熟悉的童年遊戲。


可每當超模君看到小朋友在吹泡泡的時候,就想起了那段難以回首的童年。


其他的小朋友,都有爸爸媽媽買的泡泡水,而超模君的“泡泡水”,都是我媽用洗潔精做的......


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別誤會,這是肥宅快樂水


看著別人吹出來的五彩斑斕的泡泡,超模君吹出來的泡泡,不但在質量(顏色)上比不過,就連數量都遠遠落後。


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為什麼自制的“泡泡水”總是吹不出泡泡該有的樣子?正經的泡泡水到底有什麼“魔力”?


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泡泡從何而來?


事實上,泡泡之所以能成為泡泡,靈魂在於洗潔精、肥皂啥的。


為了方便,我們將它們統稱為表面活性劑。對,你家裡那些洗人、洗東西的瓶瓶罐罐,基本上裝的都是表面活性劑。


那麼,表面活性劑是怎麼幫助水蛻變成泡泡的呢?


為了解答這個問題,這裡超模君要補充一個知識點:


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正常情況下,一杯水的每一個水分子都會受到來自四面八方的其它夥伴的吸引力或者是排斥力,也就是分子間的範德華力


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水分子受到的範德華力


然而,處於表面的水分子,就比較弱勢了,它們的同伴只在前後左右和下面,上頭是無依無靠的,並不能和其他夥伴一樣,驕傲的說出那句“我上面有人”


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所以,它們只能相依為命,手拉著手,形成一張網,但由於受到下方同伴的吸引,它們形成的網會往下收縮。


相信大家都猜出來了,這種內趨的傾向就叫做表面張力。表面張力會促使液體表層收縮,就像一張彈性膜。


這層彈性膜,能幫助某些蟲子實現在水面上溜冰的“夢想”


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水黽輕功水上漂


然而,如果在水黽的“前腳”抹上一點洗潔精或者肥皂,就會發現,水黽會神奇的往後漂移,就像這條“小船”一樣:


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這是因為,表面活性劑的親水基團和水分子結合在一起,另一端的疏水基團暴露在空氣中大大減小了水黽“前腳”處純水的表面張力,從而產生“被迫倒車”的現象。


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對於泡泡來說,氣泡膜中間的水層和兩側的表面活性劑組成的這個“三明治結構”,隔開了兩面的空氣。


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三明治結構


這種結構能有效防止薄膜在局部變得過分薄而破裂,也是泡泡能穩定的存在一段時間的關鍵。


因此,對於泡泡來說,表面活性劑和水,缺一不可。


為什麼泡泡是五顏六色的?


搞清楚了泡泡是怎麼產生的,可能還會有模友搞不懂一個問題:


泡泡為什麼會有這麼多顏色?明明泡泡水只有一種顏色啊。


事實上,泡泡的五彩斑斕,並不是它自己的本事,而是光的功勞。


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這裡超模君補充一個知識點,泡泡的顏色,其實是一個很常見的光學現象——薄膜干涉

所謂薄膜干涉,就是一束光照射於薄膜,由於折射率不同,光會被薄膜的上界面與下界面分別反射,因相互干涉而形成新的光,這現象稱為薄膜干涉。


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光照射於薄膜的反射情況示意


當光線穿過肥皂泡的薄膜時,薄膜的頂部和底部,都會產生折射,而這種薄膜最多可以包含150個不同的層次。


我們所看到的斑斕顏色組合,就是由不平衡的薄膜層引起的。


一般來說,最厚的薄膜層反射紅光,最薄的反射紫光,居中反射其他彩色光。


這些在薄膜中被來來回回反射的光,會互相發生干涉。


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干涉的結果,就是產生新的光。


隨著光的波長、薄膜的厚度的變化,實際干涉的情況也會變化,有些顏色的反射光會增強,有些會減弱,薄膜上會產生變化的色彩,不再是原來的“白色”的日光了。


為什麼你的泡泡容易破?


然而,再炫目的泡泡,也有破的那一天。


當失去了光彩,泡泡的尊嚴保不住了,便以粉身碎骨,迴歸空氣的懷抱作為結果。


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泡泡膜顏色與厚度、入射角的關係(圖源@科普中國)


沒錯,我們還能用顏色的鮮豔或者暗淡來分辨哪些是即將“仙逝”的泡泡。


所以,當你看到泡泡上出現

鮮豔的金色、藍色相間的條紋時,你就知道它快要撐不住了。


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俗話說,水往低處流,儘管你泡泡再牛逼哄哄,也逃脫不了本質上是水的命運。


因此,在“辣手摧泡”的重力作用下,沒有一個泡泡能活著飛向外太空。


那麼,我們能將鍋全部扣在重力身上嗎?


事實上,泡泡本身也不是無辜的。因為泡泡自己就長著一個要破不破的樣兒


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說人話就是,泡泡的比表面積(單位體積的表面積)比較大,在空氣中蒸發劇烈,很快就變薄,自然容易葬身空氣中。


這時候有模友可能會說:超模君,你沒看過不容易破的泡泡嗎?就像這樣的:


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額...這個嘛,可能是這個泡泡天生就足夠軟!


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畢竟,水越硬,鈣鎂離子就越多


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超模君相信,讀過初中化學的你一定知道,硬水中的鈣鎂離子和肥皂中的硬脂酸鈉容易反應,生成溶解度更小的硬脂酸鈣和硬脂酸鎂,漂浮在肥皂水上面。


因此,如果你吹出來的泡泡一碰就破,很有可能是你用的水太硬了。


吹泡泡的王


說吹泡泡是項全民運動,一點都不為過,幾乎所有人都想搞清楚,這個泡泡,到底要怎麼吹,才會最大、最完美,就連科學家們都曾為它瘋狂。


美國科學家賈斯汀·伯頓(Justin Burton),就是這其中的一員。


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Justin Burton


或許是和超模君一樣,小時候吹泡泡總是吹不過別人,丟臉的很。


伯頓便立志成為一名專門研究泡泡的科學家,只是為了成為吹泡泡的王者,江湖人稱——“泡王”


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普通人的快樂,都在這“泡”裡了


為了成為最快樂的“泡王”,他做了很多努力,到處搜尋吹出史上最完美泡泡的秘訣,終於找到了一個神奇的網站——Soap Bubble Wiki


他發現,除了水和洗潔精之外,Soap Bubble Wiki的配方通常還包含一種由重複分子的長鏈組成的物質,也就是聚合物

配方中最常見的聚合物是天然瓜爾膠(某些食品中用作添加劑的粉末)或工業聚乙二醇(PEO)(某些藥物中使用的潤滑劑)。


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據說,這種聚合物能讓泡泡膜變厚,在拉伸的時候不易破裂,從而形成巨大的泡泡。


秉著科學的態度,在配方的指導下,伯頓把兩名學生拉到了實驗室,研究如何吹出一個最大的泡泡。


實驗的結果,不僅表明聚合物是製造巨大泡泡的關鍵成分,還發現了不同長度的聚合物鏈比單一長度的聚合物鏈能形成更結實的肥皂薄膜


值得一提的是,伯頓的學生還將論文發表到了Physical Review Fluids上,並因此獲得了物理學碩士學位,玩耍、科研兩不誤


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超模君算是明白了,小時候泡泡吹不過別人的原因了:要讓泡泡存活的時間足夠長,還得往泡泡水裡加點料啊。


最後,伯頓團隊還不忘分享吹出巨大泡泡的快樂,公佈了配方:

1升水,50毫升專業洗滌劑,2到3克的瓜爾膠粉,50毫升外用酒精,2克發酵粉。


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學會了怎麼配製最完美的泡泡水,再也不會在吹泡泡比賽中敗下陣來。


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只不過,超模君還是要提醒大家,吹泡泡招式雖多,但還是儘量用正確的地方來吹。


用屁流來吹泡泡的騷操作,建議大家還是不要親自嘗試。


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