解密肥皂泡

这张图片乍一看，你们可能会认为是茫茫宇宙中哪颗神秘星球，在光的照射下显出的美丽迷人的光芒，实际上真相可能会让你大吃一惊，这是英国摄影师理查德・希克斯拍摄的一张关于肥皂泡的摄影作品，在这张名为《肥皂泡行星的日光》作品的说明中，希克斯写道：“它没有经过任何编辑处理，完全是一次拍摄完成，我发现肥皂泡非常诡异，它们看起来似乎存在着大气层，是一颗真正的行星，大气层外缘洒落着太阳的光辉，这让我想起从太空拍摄的地球照片，”这位英国摄影师在过去数年间一直致力于拍摄这种神奇的图像作品，事实上这已经成为了他的一项痴迷爱好。

肥皂泡不但看起来十分漂亮迷人，而且它还蕴含着丰富的科学知识，“试着吹出一个小小的肥皂泡来，”曾经有位物理学家这样说，“仔细去观察它，你简直可以终生研究它，并且不断地从这儿学到许多物理学上的知识。”

肥皂泡的形成

我们先一起看看肥皂泡是怎么形成的，

在我们小时候可能都玩过这种游戏，在水里加入适当的肥皂，然后取一只塑料管蘸取少许，一吹就会出现美丽的泡泡，如果只是使用清水，再怎么吹也是白费力气，这是因为在水的表面层有一种特定的表面张力。

水表面层里的分子比水内部分子稀疏，分子间的距离比水内部要大一些，分子间的相互作用表现为引力，就像你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势，这种引力使水的表面就像具有弹性的一层薄膜，水面的水分子间的相互吸引力比水分子与空气之间的吸引力强，这使得这些水分子就像被黏在一起一样，但是如果水分子之间过度黏合在一起，泡泡就不易形成了，在加入肥皂以后就“打破”了水原来的表面张力，它把表面张力降低到只有通常状况下的1/3，而这正是吹泡泡所需的最佳张力，另外，加入肥皂也减少了水分的蒸发，使得气泡维持更久，而肥皂泡之所以呈现一种球形，里面包含着数学知识，球体是体积一定情况下表面积最小的形状了，虽然这种形状可以被周围经过的气流所轻易扭曲改变，但是如果周围空气重新静止，肥皂泡就会重新恢复成原来的球形。

肥皂泡的色彩

我们之所以对肥皂泡着迷主要还是因为它在阳光下所具有的令人目眩神迷的色彩，肥皂泡的色彩是从何而来呢?这要用光学的相关知识来解释，

其实，肥皂泡本身是透明的，就像一张透明的玻璃纸一样，阳光在肥皂泡的正面和背面都会产生反射，当阳光穿过正面，遇到了背面，立刻反射回来：反射回来的光线回到正面，又会引起一定的反射，我们知道阳光是一种复合光，由7种单色光组成的，如果在肥皂薄膜的某一处恰好使得两股反射回来的红光相互抵消了，在这个地方看到的就是失去了红光的阳光，看上去就是蓝绿色，而在另一部分，某种色光得到了加强，呈现出来的就是另一种颜色，肥皂泡就是这样把阳光分解，呈现出色彩斑斓的图案。

不仅肥皂泡会产生这种现象，只要是光线射入任何透明薄膜时，都会发生这种现象，如人们常见到水上的油膜、蜻蜓或苍蝇的翅膀、CD片等等，在太阳光的照射下，都会显得色彩缤纷，这个道理与肥皂泡呈现彩色的道理是一样的，属于光的干涉现象。

由于重力作用，重力将液体往下拉而持续改变肥皂泡壁的厚度，所以色彩的带子还会向下移动，而同样的肥皂水，在冬天吹出的肥皂泡远小于夏天，这是为什么呢?原因则是泡里空气也要遵循热胀冷缩原理。

怎样保存肥皂泡

肥皂泡的存在时间非常短，它们会因触碰其他物体或维持于空气中太久而破裂(地心吸力令肥皂泡上方的膜变薄)，由于它们很脆弱，它们也经常被人们用来形容美好但不实际的东西，实际上如果我们对肥皂泡加以精心呵护，完全可以做到使肥皂泡保存几十天，英国的一位物理学家杜瓦把肥皂泡保存在特制的瓶子里，排除尘埃，防止干燥和空气的震荡，把肥皂泡保存了一个多月，而有的人把肥皂泡保存在玻璃罩下面，一直保存了好几年。

正因为肥皂泡所具有的独特魅力，世界上有许多人为它着迷，比如美国人汤姆・诺迪就从事着一种奇怪的职业：吹肥皂泡，他能吹出成串成串的泡泡，还能让一个泡泡套着一个泡泡，他在世界的每个角落进行表演，许多观众为他的精彩演出而着迷，其中就有一些科学家，在1982年，汤姆希望设立一个肥皂泡节日的建议得到了旧金山科学实验中心的热情支持，第一个肥皂泡节吸引了15000名爱好者参加，现在，肥皂泡展览在世界各地的科学探索中心定期举行，世界上最大的肥皂泡诞生于2009年的英国伦敦，被称为泡泡人的萨姆用自己独家秘方配制出的溶液，吹出了世界上最大的肥皂泡，体积达500立方英尺(约合14.16立方米)。

用肥皂泡求最短距离

肥皂泡不只好玩，它在求取最佳点时也有用处，例如，我们要在图1所示的A、B、C三城市间，架设高压输电线网，有很多种架设方案，但哪一种方案所用的线路最短呢?

如果你没有认真考虑，可能认为从城市A架线到城市B，再从城市B架线到城市C，即AB+BC=223+195＝418(公里)，是最短的路线，

但是你错了，肥皂泡可以作证，

我们可以在一块木板上，用一千万分之一的比例，钉上三个钉子，分别代表A、B、C三城市，如图2所示。

然后在木板和钉子上搽上稠肥皂液，再吹一个肥皂泡在它们当中，使它同三个钉子保持接触，接着，在一块玻璃上搽上稠肥皂液，轻轻地盖到肥皂泡上，肥皂泡就成为图3所示的三段弧形膜。

然后用针刺破最短的那个弧形膜，其余的两个膜就迅速滑移成图4那样三个相交的平面膜，再将它们用尺量一下，画到平面上，并将交叉点记O，如图5：

我们可以通过测量得出，AO+BO+CO=180+70+150=400(千米)，比之前的距离短了18公里，还有没有比它更短的距离呢?用物理学上的表面张力概念可以证明，再没有比它更短的距离了，因为那三个平面膜，在表面张力的作用下，像绷紧的橡皮膜那样，把A、B、O三点紧紧地拉着!