考考你!!!!為何吹出來的肥皂泡總會是圓的??

肥皂泡



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肥皂泡是非常薄的形成一個帶虹彩表面的空心形體的肥皂水的膜。肥皂泡通常通常只存在一會，它們或者自己破裂或者因觸碰其它物體而破裂。由於它們的脆弱性，它們也成為美好但不實際的東西的隱喻。它們經常被用作孩童的玩物，但他們在藝術表演中的使用也表明它們對於成人也是很有吸引力的。肥皂泡還可能幫助解決空間的複雜的數學問題，因為他們總是會找到點或者邊之間的最小表面。
[編輯] 物理

[編輯] 表面張力和形狀


圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Jean-Baptiste_Sim%C3%A9on_Chardin_022.jpg/180px-Jean-Baptiste_Sim%C3%A9on_Chardin_022.jpg



圖片參考：http://zh.wikipedia.org/skins-1.5/common/images/magnify-clip.png
肥皂泡， Jean-Baptiste Siméon Chardin，18世紀。
肥皂泡的存在是因為液體（通常是水）的表面層有一種特定的表面張力，它導致該層的行為象彈性膜。一個常見誤解是以為肥皂增加了水的表面張力。實際上肥皂做了相反的事情，它將張力減少到大約是純水的三分之一。肥皂不增強泡泡，它只是穩定它們，通過一種稱為Marangoni效應的作用。隨著肥皂膜的拉伸，肥皂的密度減小，使得表面張力增加。這樣，肥皂選擇性的加強了氣泡的最弱部分並傾向於防止它們被進一步拉伸。另外，肥皂也減少了蒸發，使得氣泡維持更久。
它們的球形形狀也是由於表面張力造成的。該張力導致肥皂形成一個圓球，因為球是給定體積最小的表面積的形狀。這個形狀可以明顯地被氣流所扭曲，因而可以通過向它吹氣而改變。但是如果一個氣泡在靜止空氣中下沉，它回保持非常接近球形，比卡通式的雨滴更接近。當一個下沉物體接近它的極限速度時，作用在其上的拉力等於其重量，因為氣泡的重量和同體積的雨滴相比要小得多，它的形變要小得多。 （這兩種情況的表面張力相似：肥皂將水的表面張力減少到約三分之一，但它實際上又被加倍了，因為膜有內外兩層表面。）



[編輯] 凝結
在零下15°C（5°F）的溫度下吹入空氣的肥皂泡會在接觸到一個表面時凝結。其內部的空氣會逐漸擴散出去，導致氣泡在其自身重力下坍塌。
在−25 °C （−13 °F）的溫度下，氣泡會在空氣中凝結並可能在觸地時散開。當在這樣的低溫下時，肥皂泡用暖的氣息吹出，它最初會凝結成幾乎完美的球形，但當暖氣冷卻並因此而減小體積時會帶來氣泡的部分坍塌。在這樣的低溫下成功吹出的肥皂泡體積總是很小：它將很快凝結而繼續吹會使氣泡破裂。
在溫度增加到0 °C時肥皂泡會凝結得慢些。

[編輯] 合併


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肥皂泡可以容易的合併


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在洗槽中的肥皂泡


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上圖中光線照在表面的X點。一些光線被反射，但有些穿過氣泡壁並在另外一面反射。


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這個圖中，我們看到兩束紅光（射線1和射線2）。兩束光都象之前那樣分裂並沿著兩個可能的路徑，但我們只對實線表示的路徑感興趣。考慮在Y彙集的束。它由兩條重疊的光線組成：穿過氣泡壁的光線1的一部分和光線2從外壁反射的一部分。光線1比比光線2多走了XOY。因為XOY剛好對應紅光的波長，兩個射線相位相同（波峰和波谷分別重合）。


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這個上面的示意圖相仿只是波長不同。這次XOY不是波長的整數倍，因此光線1和2達到y點的時候不同步。光線1的波谷和光線2的波峰重合互相抵消。最後的效果是對於氣泡的這個厚度沒有什麼藍光被反射。


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這個計算出來的圖像顯示一個水的薄膜在非極化的白光照射下反射的色彩。半徑和膜的厚度相同，而極角和入射角相等。
當兩個氣泡合併時，同樣的物理原理作用在其上，氣泡會採取最小可能表面積的形狀。他們的公共壁會凸向大的肥皂泡，因為小的肥皂泡有更大的內壓力。若肥皂泡大小相同，壁是平的。
在兩個或多個肥皂泡相遇的點，它們自動會變成三個肥皂泡壁交匯於一條線，分別以120°的角度分隔。這是最有效的選擇，這也是為什麼蜂窩的胞腔採用同樣的120°角因而形成六邊形的原因。只有四個氣泡壁會交匯於一點，從該點出去的每三個氣泡壁所共享的線之間的角度為109.47°。

干涉和反射
肥皂泡的虹彩顏色是光波的干涉所造成。當光撞擊在膜上，其一部分被外表面反射，而另外一些穿過薄膜並在內外兩個表面間來回反射後重新穿出。最後觀測到的反射由所有這些反射的干涉所決定。因為每段在薄膜中的行程導致一些相位偏移，它和薄膜的厚度成正比而和波長成反比，干涉的結果依賴於這兩個量。這樣，在一個給頂的厚度，干涉對於某些波長是增強的而對另外一些是減弱的，所以白光射在膜上會帶者隨著厚度改變的色調被反射回來。
隨著肥皂泡由於蒸發而變薄可以看到色彩的改變。厚一些的壁消去紅（長一些）的波長，這樣會導致藍-綠反射。後來，更薄的壁會消去黃（剩下藍光），然後綠（剩下洋紅），然後藍（剩下黃）。最後，當肥皂泡的壁變得比可見光的波長更薄很多時，所有可見頻段被消去就看不到反射。當這個狀態被觀測到時，壁薄大約25奈米，可能就快爆了。
干涉現象也依賴於光線射到膜上的角度，這個現象稱為虹彩。所以，即使肥皂泡的壁的厚度均勻，我們依然可以看到由於曲率和/或運動帶來的色彩的變化。但是，壁的厚度會由於重力將液體往下拉而持續改變，所以色彩的帶子會向下移動就如平常所見那樣。

數學性質
肥皂泡也是最小曲面問題的物理詮釋，這是數學和自然科學在過去15年中有很多研究的一個領域。例如，從1884年就已知球形肥皂泡是包容給定體積的空氣的最小面積的辦法（H. A. Schwarz的一個定理），但直到2000年才證明兩個合併的肥皂泡提供了包含兩團給定體積的空氣並且表面積最小的最佳辦法。這被稱為雙泡定理。
肥皂膜試圖最小化他們的表面積，也就是說，最小化他們的表面能量。因而對於一個孤立的肥皂泡，最佳的形狀就是一個球。很多聚集在一起的肥皂泡有複雜得多的形狀。參看Weaire-Phelan結構，該條目有一段關於這個的討論（稱為開爾文問題，以及Plateau規則，該條目有肥皂膜的結構的討論。

因為 ~ 表面張力 ~ 的影響，所以我們吹出來的肥皂泡總會是圓的。
無論你用什麼形狀的道具 or 什麼肥皂吹出來的肥皂泡總會是圓的。

肥皂泡泡之所以會是圓球形，主要是因為肥皂泡本身的表面張力造成的。但是當肥皂泡體型越來越大時，表面張力的威力就漸漸不敵重力（地心引力）這個因素了。所以泡泡越大，形狀就越不圓；最後當重力贏過表面張力時，泡泡就會破掉囉！