听说你的物理很厉害

试试这个挑战

一股水流穿过薄如蝉翼的泡泡膜

你觉得它能不破吗?

实验器材

大号杯子、洗洁精、小勺子、你的拇指和食指、(甘油或糖浆)、所标杯

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实验步骤

在杯子中装入适量自来水

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向水中加入少量洗洁精和一些糖浆(或甘油)。糖浆可以增大溶液粘度,让泡泡更“结实”,这是小编的小秘方喔!就是吹完手有点粘粘的。

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第三步:

用玻璃棒或者食指按一定方向匀速搅拌液体,尽量避免气泡产生(是谁又在乒铃乓啷敲玻璃了?怒!)

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第四步:

用拇指和食指圈成一个圆,用力均匀,像比出“OK”的手势。将手指圈轻轻蘸取泡泡水,让一个薄薄的泡泡膜形成在圈内。你会在表面看到流动的彩虹——这正是薄膜干涉现象。

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第五步:

将出水口对准泡泡膜中心,然后 慢慢地让水龙头流出一条细细的水流。

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神奇的事发生了——水流居然“穿过”了泡泡膜,而泡泡没有破!甚至你把一个勺子先蘸上泡泡水,再穿过膜,也不会戳破它!

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第六步:

将剩下的泡泡水处理吹掉。快来评论区比一比谁吹的泡泡大!第一名将获得精美的“泡泡王”称号一个,小编很有自信哟 (*>◡❛)

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原理解说

为什么水流不会戳破泡泡膜?

我们熟悉的泡泡,看似轻盈脆弱,却是自然界中极其优雅的物理结构。它的形成和稳定,都离不开一个核心物理概念——表面张力

当液体表面与空气接触时,液体分子之间的相互吸引使表面趋向于收缩,从而产生表面张力。理想情况下,为了让系统的能量最小化,液体表面会自动调整成面积最小的形状——这就是为什么泡泡总是球状的,因为球是三维空间中体积一定时表面积最小的几何体。

泡泡膜的结构就像一个小型三明治,一层水膜被夹在两层表面活性剂分子之间 。 表面活性剂分子会在薄膜的气液界面定向排列,形成一层具有弹性的吸附层,显著降低水的表面张力,使薄膜能够伸展并包裹气体。 当你将拇指和食指蘸上泡泡水时,这层膜在两根手指之间形成了一种动态平衡。同时,薄膜还具备一种重要的自我修复机制(即液膜的弹性效应):当薄膜局部因扰动变薄时,表面张力因分子密度降低而短暂升高,张力梯度驱动表面活性剂分子迅速迁移至薄弱区域,液膜厚度复原,张力梯度消失,从而抵抗破裂。此外,在泡泡液中添加甘油、糖类等物质可以增加液体粘度,减缓薄膜中水分的蒸发和排液速度,进一步延长泡泡的寿命。

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当一股细小的水流接触这层膜时,你可能以为它会像针戳气球一样让泡泡“啪”地破裂,但事实恰恰相反。水流并不会破坏泡泡膜,而是被膜“重新包裹”起来。原因在于上面提到的泡泡膜表面具有流动性和自愈性,水流进入膜的瞬间,液体分子在其周围迅速重新排列,形成新的薄膜界面。只要冲击力不大、流速稳定,膜就能维持完整。

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如果你先将勺子蘸上泡泡水再穿过膜,现象同样神奇——勺子可以“自由进出”而不戳破膜。这是因为蘸有泡泡液的勺子表面和膜之间没有明显的界面张力差,它们“兼容”在同一个液体体系内,泡泡膜会像拉伸的弹性皮肤一样,让出一条通道后又自动愈合。

泡泡的这种“自我修复”能力早在19世纪就被科学家系统研究。比利时物理学家约瑟夫·普拉托(Joseph Plateau) 用肥皂膜做实验,研究它们能形成的各种稳定形态——无论是单个泡泡、相连泡泡,还是泡泡网格,它们的连接方式都遵循相同的规律:三条薄膜在空间中以 120°角相交,形成最小的表面能量状态。这就是著名的“普拉托定律(Plateau’s Laws)”。泡泡膜的这种几何形状,实际上是数学中最小曲面(Minimal Surface)的一种表现。科学家通过泡泡实验获得的直观结果,后来被数学家抽象成偏微分方程,并广泛用于建筑设计、材料科学和流体力学。现代建筑中那些曲线优美的“气膜屋顶”或张拉穹顶结构,灵感正是来自这些泡泡膜的最小能量原理。

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