一大一小兩個泡泡連通時,發生了什麼出乎意料的事情?

科學人窗敲雨2017-09-21 12:52:04

在這個演示實驗中,首先在管道的兩頭分別吹起了大小不一樣的兩個肥皂泡,接下來,再打開兩個中間的閥門,讓它們彼此連通:



下面是完整版視頻:




如果按照我們比較熟悉的液體連通器來想象,人們大概比較容易感覺兩個氣泡的大小會變得均衡。


但事實卻是相反的——小氣泡裡的氣體進入到大氣泡裡,大氣泡變得更大,小氣泡基本沒了


為什麼呢?


這其實也是張力的作用。


比較簡單的理解方式是表面能。簡單說,相比液體的內部,表面的分子具有更高的能量,因此總是會傾向於自發縮小自己的表面,進入能量更低的狀態。兩個泡泡變成了一個泡泡,這樣有助於減少液膜的總表面積,進入更穩定的狀態。


細說的話則要分析受力。表面張力使得泡泡總有回縮的趨勢,而越是直徑小、表面彎曲的泡泡對內部的壓力越大,這個力被稱為的附加壓力。在閥門打開之前,兩邊應該都處於內部氣壓、外部氣壓以及液膜造成的壓力之間的平衡狀態,而按照上面說的規律,小泡泡對內部的壓力更大,所以與之對抗的內部氣壓也需要更大。因此,當打開閥門之後,高氣壓的小泡泡會把氣體壓進大泡泡的一邊。


彎曲液麵造成的附加壓力對小尺寸的東西非常重要,毛細現象是這樣來的,昆蟲站在水面上也靠它產生向上託的力。(更多閱讀:小昆蟲為什麼能站在水面上?


PS:我曾經試圖在家用吸管、夾子和熱熔膠自己組裝一個這種實驗裝置,但是因為夾子漏氣完全沒有成功_(:з」∠)_


錄製者:vulgarisation,戳閱讀原文可以更多瞭解表面張力。

題圖來源:123RF



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【拓展閱讀】表面張力,“膜”的力量


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