BubbleSmile

zz Антипузыри

Если на плоскую поверхность воды, в которой растворено моющее вещество (например, шампунь), упадет капля такого же раствора, может произойти неожиданное: капля, преодолев поверхностный слой жидкости, обогащенный молекулами поверхностно-активного вещества, проникнет в жидкость и в ее объеме образует сложную конструкцию – капля, окруженная слоем газа, за которым находится жидкость. Эту замкнутую прослойку газа называют антипузырем. Обычный мыльный пузырь – это сферический слой жидкости между двумя газовыми средами, а мыльный антипузырь – это сферический слой газа между двумя жидкими средами.

 

 

 

Рис. 1. Процесс образования антипузыря

Процесс образования антипузыря можно изобразить так, как это сделано на приводимых рисунках. И поверхность воды, и поверхность падающей на нее капли покрыты слоем поверхностно-активных молекул-спичек, при этом вовне обращены концы молекул, «не любящие» воду. Капля, подлетающая к поверхности, изгибает ее. Причин тому может быть несколько. Например, такая: увлечение падающей каплей слоя воздуха, который, препятствуя слиянию капли с поверхностью воды, изгибает эту поверхность. Может играть роль и то обстоятельство, что концы поверхностно-активных молекул, «не любящие» воду, препятствуют слиянию капли с водой, а значит, отталкивают воду от капли. Заключительный этап процесса состоит в том, что над каплей смыкается изогнутая поверхность воды и образуется замкнутая конструкция – мыльный антипузырь.

Опыты с антипузырями обнаружили много фактов и возбудили множество вопросов, безусловно, достойных поисков ответов на них.

Выяснилось, что «отрицательные» мыльные пузыри, значение радиуса которых R а находится в интервале от 5·10 –4 до 5·10 –3  м, медленно всплывают к поверхности воды. И притом тем медленнее, чем больше размер пузыря.

Если пузырь лопается в объеме жидкости, возникает газовый пузырек, радиус которого R п ≈ 10 –4  м. Оба эти факта свидетельствуют о том, что на рисунке мы правильно изобразили структуру отрицательного пузыря – газовый сферический слой в жидкости. Толщина этого слоя h связана с величинами R a и R п формулой: h = R п 3 /3 · R a 2 , которая легко получается, если объем слоя приравнять к объему всплывающего пузырька.

При R п ≈ 10 –4  м и R a ≈ 10 –3  м оказывается h ≈ 3·10 –7  м. Это близко к толщине пленки обычных мыльных пузырей, при которой должны обнаруживаться интерференционные цвета. В одном из описаний отрицательных пузырей сказано, что на их поверхности «...была видна переливающаяся радужная пленка».

Всплывающий мыльный антипузырь подвержен значительно меньшей выталкивающей силе F в , чем обычный газовый пузырь того же размера. Легко понять, что, в согласии с законом Архимеда, силы, определяющие всплывания газового пузыря (F п ) и антипузыря (F a ) равных радиусов, относятся так, как объемы заключенного в них газа: F п /F a = (R п /R a )3.

При R п ≈ 5·10 –5  м, а R a ≈ 5·10 –3  м, оказывается, F п /F a ≈ 10 3 . Такое отличие сил F п и F a и является причиной весьма медленного всплывания антипузыря. Это, например, означает, что, подойдя к поверхности воды, мыльный пузырь, даже если он и не маленький, может не найти в себе силы «пробить» поверхностный слой и выйти из объема.

Попытаемся представить себе, как может лопнуть мыльный антипузырь. Видимо, так же, как и обычный, с тем лишь отличием, что случайно возникшее зародышевое «отверстие» появится не на верхнем полюсе, как у пузыря на воде, а на нижнем полюсе, где газовая прослойка должна быть тоньше. В обсуждаемом случае роль отверстия в истинной пленке должна играть водяная перемычка между жидким ядром отрицательного пузыря и его жидким окружением.