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「」肥皂泡破裂的科学原理

几乎没有哪个孩子不喜欢玩肥皂泡 。
那些圆圆的小气泡在天空飞舞 ， 在阳光的照射下变幻七彩的光 。孩子们快乐地追逐它们 ， 用手指触碰它们 ， 每当“抓住”一个泡泡 ， 他们都会发出银铃般的欢笑声 。
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孩子们喜欢玩泡泡
【「」肥皂泡破裂的科学原理】不知道你注意过没有 ， 当我们的手指触碰到肥皂泡的瞬间 ， 它往往会立刻破裂 ， 并且发出“啪”的一声响 。这到底是为什么呢？这中间涉及到一些物理学原理 。肥皂泡的物理学
当我们谈到物体的最小表面积这类复杂数学问题时 ， 常常会用到肥皂泡来做例子 。通常情况下我们可以认为肥皂泡由于内部与外部压力相等 ， 所以它表面的平均曲率为零 。
事实上 ， 肥皂泡内外压力是存在差异的 ， 它内部的压力要更大一些 ， 类似于一个气球 ， 这也是那层肥皂膜得以存在的真正原因 。
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肥皂泡表面受力分析
所以 ， 当我们对一个肥皂泡进行力的分解时 ， 就会发现在任何一个肥皂泡上至少存在以下几个力：外部空气向内的压力、内部空气向外的压力、肥皂膜的表面张力、地球的引力以及肥皂泡的浮力 。
在这些力中 ， 表面张力起着关键作用 ， 它维持着肥皂泡内外压力的平衡 ， 也决定了泡泡的内部压力总是大于外部压力 。作用于肥皂泡表面的压力差被称为拉普拉斯压力 ， 计算这个压力差有一组复杂公式 ， 它与肥皂泡的大小、膜厚度、温度以及液体的性质等等相关 。破裂的瞬间
肥皂泡的生命是短暂的 ， 一方面组成泡泡的液体受到重力影响会不停地向下运动 ， 这导致本来只有微米厚度的肥皂膜的上方变得更薄 ， 最终它的张力无法平衡拉普拉斯压力；与此同时 ， 泡泡的液体会不停蒸发 ， 这也会使它越来越薄 ， 最后破裂 。
当我们用干燥的手指触碰到肥皂泡的表面时 ， 也会导致接触点位置的膜发生破裂 。这是因为我们在接触泡泡的瞬间向它传递了能量 ， 这会破坏泡泡表面力的平衡；另一方面 ， 皮肤的表面的油脂与肥皂膜的化学反应也是泡泡破裂的原因之一 。
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手指触碰的能量足以使肥皂膜破裂破裂的力学
我们在前边说过 ， 肥皂泡内外的压力是不同的 ， 由于肥皂膜的张力作用 ， 泡泡内部的压力总是大于外部的压力 。这样当泡泡破裂时 ， 里边的空气会冲出来 ， 空气的膨胀会发出响声 。
但这并不是我们听到的主要声音 。因为肥皂膜产生的张力非常弱 ， 由此对应的拉普拉斯压力也很小 ， 空气膨胀是有限的 。
通过对肥皂泡破裂过程高速摄影的分析 ， 我们也能印证这一点：肥皂膜的小液滴并没有被内部压力冲得四散开来 ， 它们的运动轨迹是由于残余张力造成的切线运动 ， 并且大体上保持泡泡的形状 。
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小液滴的运动轨迹
由于肥皂膜表面的应力平衡被打破 ， 组成气泡壁的薄膜开始沿着原先的形状边界往回缩 ， 那些还没飞溅出去的液体在破口边缘形成一圈厚厚的膜 ， 这一圈膜会越来越厚、越收越小 ， 最后汇聚成一个液滴 。
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