核心概念
化学
表面张力
水分子
引言
你是否曾经尝试吹泡泡,但无论你多么努力——泡泡就是无法形成?为什么会这样?为什么泡泡会形成?为什么有时候吹泡泡更难?在这个活动中,我们将探索泡泡是如何形成的,并测试我们的泡泡能达到多大的极限!
背景
你可能知道,泡泡依赖表面张力来保持形状。水分子喜欢彼此依附,就像磁铁会排列并吸附到它们所吸引的其他磁铁一样,水分子也会彼此排列并形成氢键,从而产生表面张力。这种表面张力使得水的表面像弹性膜一样,可以拉伸并保持形状。如果你在蜡纸上滴少量水,你可以看到表面张力作用的一个很好的例子。水不会飞溅或变平,而是在纸上形成小的球形液滴。这些水滴能够保持形状,是因为水分子彼此之间的吸引力比它们对蜡纸的吸引力更大。这种吸引力的强度有助于将水滴保持在一起。
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事实上,水的表面张力非常强,以至于我们无法只用水吹出泡泡。添加肥皂或洗涤剂会降低水的表面张力,从而使泡泡能够形成。它通过在水分子之间创造空间,降低它们彼此之间的吸引力来实现这一点。如果你再想想磁铁,当两个磁铁非常靠近时,它们之间的拉力比你慢慢分开它们时要强得多。降低水分子之间吸引力的强度会降低泡泡溶液的表面张力,从而使泡泡能够形成!
材料
两根木棍(直径至少半英寸效果最佳。)
两个羊眼螺丝(带有螺纹底座的闭合环)
纱线或烘焙麻线(至少18英尺)
两个垫圈
泡泡溶液(可选的自制泡泡溶液成分如下所列。)
一个用来盛泡泡溶液的大桶
有跑步空间的户外区域!
一位成年帮手
一个卷尺
剪刀
泡泡溶液(大约半加仑。)
八杯水
半杯液体洗碗皂(蓝色Dawn效果很好。)
一汤匙甘油
一汤匙泡打粉
准备工作
这项活动可能会有点乱。从现在开始,一切都应该在室外进行!
将泡泡溶液倒入桶中。如果你要自己制作泡泡溶液,请将所有成分混合在桶中并轻轻搅拌混合。(尽量避免在溶液表面产生肥皂泡。)
请您的成年帮手帮助您将羊眼螺丝固定在每根木棍的一端。
步骤
剪下一段三英尺长的麻线,将其穿过一个垫圈和每个羊眼螺丝,形成一个环。将麻线的末端打结在一起(结可以在任何位置)。这就是你的泡泡魔杖!
将您的泡泡溶液桶放在一个空旷的区域。将卷尺放在地上,从您的桶开始,沿风向延伸至少10英尺。
握住没有羊眼螺丝的木棍末端。轻轻地将两个羊眼螺丝触碰在一起,并将纱线完全浸入泡泡溶液中。
轻轻地将魔杖从泡泡溶液中提起。分开木棍的末端以打开纱线环。
将魔杖远离您的身体,并沿着卷尺慢慢行走,朝风的方向走。你认为你能制造多大的泡泡?
让您的成年帮手测量您制造的泡泡的长度!至少尝试五次,并记住最长的泡泡。
剪断麻线并将其从魔杖上取下。保存垫圈!
剪下一段六英尺长的麻线,将其穿过一个垫圈和每个羊眼螺丝,形成一个环。将麻线的末端打结在一起(结可以在任何位置)。
使用更大的魔杖重复上述制作泡泡的步骤。测量您可以用六英尺长的麻线制作的最长的泡泡。你认为这些泡泡会更容易还是更难形成?
剪断麻线并将其从魔杖上取下。保存垫圈!
剪下一段九英尺长的麻线,将其穿过两个垫圈和每个羊眼螺丝,形成一个环。将麻线的末端打结在一起。(结可以在任何位置。)
请您的成年帮手在您重复制作泡泡的步骤时协助您,你们两个都拿着魔杖。测量您可以用九英尺长的麻线制作的最长的泡泡。你认为你能用九英尺长的魔杖制造泡泡吗?你认为它们会大得多吗?
额外内容: 测试泡泡溶液。尝试去除甘油或泡打粉。这些成分如何影响您制造的泡泡?
额外内容: 让泡泡溶液静置过夜,然后重新尝试此活动。测试看看您是否能获得更大的泡泡!
观察和结果
在这个活动中,您仅用一根细绳和一些耐心就创造了一些最大的泡泡!您可能发现,用较短的麻线更容易制造长泡泡。随着麻线越来越长(尤其是达到九英尺时),泡泡可能更难形成。
我们知道,泡泡可以因表面张力而保持其形状。事实上,构成泡泡表面的泡泡溶液混合物由三个非常薄的层组成:肥皂、水和另一层肥皂。这被称为肥皂膜。水层的表面张力是使泡泡保持在一起的原因。因此,当肥皂层之间的水蒸发时,泡泡就会破裂。为了制造更大更强的泡泡,我们需要加厚肥皂壁,以防止水蒸发。为此,我们添加了甘油,以帮助加厚这些肥皂壁并使泡泡保持在一起!这使得泡泡更强、更大、更持久。
然而,在某种程度上,泡泡会变得太大而无法保持在一起。较大的泡泡具有较大的表面积,这意味着诸如气压和重力之类的外力有更多的地方可以产生影响。此外,较大的泡泡还有自己的重量需要支撑。想象一下用乐高积木建造一个隧道。你可以用较小的直径建造一个非常长的隧道。但是,如果你尝试建造一个成年人可以走过的隧道,它将更难支撑自身的重量。这与您使用九英尺长麻线魔杖的经历类似。泡泡的主体大得多,因此也更加脆弱。
清理
将肥皂混合物倒入下水道。
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