Таинственные явления Загадки мыльных пузырей
Наверняка каждый хотя бы раз сотворил мыльный пузырь из мыльной воды. Для детей это забава, а вот для учёных это самые настоящие загадки мыльных пузырей. Ещё в XIX веке английский исследователь лорд Кельвин сказал по данному поводу: «Выдуйте мыльный пузырь и внимательно посмотрите на него. Вы можете всю жизнь его изучать, не переставая извлекать из него уроки физики». А вот английский физик Чарльз Бойс написал целую книгу об этом удивительном явлении природы. Так что стоит к нему присмотреться повнимательнее.
А что представляет собой мыло? Его молекулы по своей форме похожи на спички. Их головки хорошо смачиваются водой, а длинные хвостики, наоборот, отталкивают воду. Если взять маленькую каплю мыла и поместить её на поверхность воды, то она сразу же растечётся по поверхности, а её молекулы образуют своеобразный частокол. Головки будут погружены в воду, а хвостики, отталкивающие воду, будут торчать вверх. Подобрав нужный объём мыла, можно добиться того, что поверхность воды будет покрыта его слоем с толщиной всего в одну молекулу.
Многократно увеличенная оболочка мыльного пузыря
Однако вернёмся к мыльным пузырям. Их стенки напоминают сандвич: внутри и снаружи слой мыла, а между этими двумя слоями располагается слой воды. Именно в таком строении и кроется секрет летучих воздушных пузырей. Вода в них никак не взаимодействует с воздухом. Она зажата между двумя слоями мыла, которое как раз и контактирует с воздушной средой.
А как поведут себя молекулы мыла не на поверхности воды, а в её объёме, ведь головки вступают в контакт с водой, а хвостики не хотят смачиваться? Тут природа нашла оригинальное решение. Хвостики вступают в контакт с хвостиками, и получается пузырёк воды, ограниченный двумя слоями мыла. Именно так устроены мембраны клеток, из которых состоит всё живое на нашей планете. Это как бы воздушные пузыри, но только наизнанку.
Загадки мыльных пузырей состоят ещё в том, что они переливаются различными цветами. Это и лиловый, и красный, и синий, и зелёный, и жёлтый. Но откуда берутся такие краски, ведь вода же бесцветная? Тут нужно вспомнить природу света. В 1865 году физик Максвелл доказал, что свет является электромагнитной волной. Таким образом, каждой длине волны соответствует определённый цвет, а белый цвет является смесью волн.
Стенка мыльного пузыря состоит из двух слоёв мыла. Падая на поверхность первого слоя, световая волна частично отражается от неё, а частично проходит внутрь. Там она отражается от второго слоя и выходит наружу. В результате этого одна световая волна раскладывается на две волны с разной длиной.
Обе волны начинают взаимодействовать друг с другом. Они складываются и взаимно усиливаются или гасят друг друга. В результате этого человеческий глаз и воспринимает разные цвета. Хорошо известно, что свет с длиной волны в 0,4 микрона (1 микрон равен тысячной доле миллиметра) воспринимается человеческим глазом как зелёный. А свет с длиной 0,4 микрона воспринимается как фиолетовый. Поэтому если какая-то часть пузыря изменила свой цвет именно таким образом, то можно сказать, что его толщина в этом месте изменилась на 0,1 микрона.
Когда же на поверхности пузыря появляется тёмное пятно, то оно сигнализирует о скорой кончине данного образования. Тёмный, чернеющий цвет означает, что толщина плёнки в этом месте становится равной половине длины фиолетовой волны, и световые волны начали гасить друг друга. В этом самом тонком месте мыльный пузырь обычно лапается, и наступает конец радужному чуду.
Валерий Лапшин
