實驗原理

原理:
第一部分:
肥皂泡的結構:
肥皂泡是一層薄薄的泡泡膜包著空氣所構成,當我們對著沾了肥皂泡溶液的吹管吹氣,空氣灌入吹管,就會被包在一層薄薄的泡泡膜內,而形成泡泡。那泡泡膜又是什麼呢?泡泡膜是一層薄膜,是由清潔劑分子包圍住水,所形成的一層薄膜。 
為什麼清潔劑會包圍水分子呢?因為清潔劑是一種「界面活性劑」,界面活性劑是由許多特殊的分子所組成,這些分子的特徵是:頭尾二端的性質不一樣,一端喜歡和水親近,我們會稱它為「親水端」;另一端不喜歡水,喜歡和油親近,我們稱為「親油端」。清潔劑分子遇到水時,「親水端」的一頭就會包圍住水,而形成薄膜了。(如下圖)


 


   

肥皂泡為什麼總是圓形的?
任何液體都有「表面張力」,表面張力是液體分子之間互相吸引的結果。液體中的分子彼此之間會互相吸引,在液體內部的分子上下左右的吸引力會相互抵銷,但是液體表面的分子,分子之間的吸引力沒有抵銷,在表面就形成了所謂的「表面張力」。(如下圖所示)



就是因為這股拉力,所以液體表面會儘量收縮到最小的面積。而在體積不變的情況,以球型的表面積最小,因此表面張力使泡泡膜的形狀成為球型了。例如在荷葉上的露水成為球型,而小蟲能夠在水面上行走等,就是因為表面張力的作用。倒水於杯內,雖然水滿露出杯口但卻不外溢,這也是表面張力的作用。

 

為甚麼肥皂泡有七彩繽紛的顏色?
泡泡膜的顏色五彩繽紛,主要是因為光線進入泡泡膜產生「反射」、「折射」以及「干涉」的結果。
泡泡膜相當的薄,但是我們把泡泡膜放大後,會發現光線在進入泡泡的時候,膜的最外層會先反射部分入射光〈第一次反射〉,而部分的光進入泡泡膜之後,先產生折射(光由空氣進入泡泡),接著在遇到泡泡膜的內層時,會再一次反射〈第二次反射〉。二次反射的光重疊後,就會產生「干涉」,不同的干涉結果就產生不同顏色的光了,而且只要泡泡膜的厚度有微小的變化,光的顏色就會跟著變化。由於泡泡膜厚度並不完全均勻,而且水分會一直蒸發,所以我們可以看到泡泡的顏色五彩繽紛,而且一直在變化呢!

 

為甚麼要在肥皂泡溶液中加入甘油?
在這個實驗中所用的甘油,它是屬於增厚水膜的物質,能使肥皂泡不易爆破。冰糖或者糖漿也有類似的效果。但過量加入這類物質,也可能變得使肥皂泡變得太厚和太重,所以它的份量控制是非常重要的。

 

第二部分:
原理:
肥皂泡因爲太薄,泡膜所含的吸光和阻光物質太少。光線穿過泡膜時被吸收或阻擋的光線和很少,所以很大部分光線能從光源穿過肥皂泡進入眼睛,使肥皂泡看起來總是透明的。

 

第三部分:
大肥皂泡逗留在空中的時間較第一部分短或是長呢?原因又是甚麼呢?

原理:
這部分拉出來的肥皂泡,它在空中逗留的時間較第一部分吹出來的肥皂泡為短。因為這部分的肥皂泡溶液中加入了大量的甘油,吹出來的肥皂泡雖然尺寸較大,但同時它亦較厚重,很容易往下墮,不能在空中停留太久。