实验动图:一大一小两个气泡连通时会发生什么?

 

有点反直觉的表面张力实验~...



在这个演示实验中,首先在管道的两头分别吹起了大小不一样的两个肥皂泡,接下来,再打开两个泡泡中间的阀门,让它们彼此连通:



下面是完整版视频:



如果按照我们比较熟悉的液体连通器来想象,人们大概比较容易感觉两个气泡的大小会变得均衡,但事实却是相反的。小气泡里的气体进入到大气泡里,大气泡变得更大,小气泡基本没了。这其实也是表面张力的作用。

比较简单的理解方式是表面能。简单说,相比液体的内部,表面的分子具有更高的能量,因此液膜总是会倾向于自发缩小自己的表面,进入能量更低的状态。两个泡泡变成了一个泡泡,这样有助于减少液膜的总表面积,进入更稳定的状态。

细说的话则要分析受力。表面张力使得泡泡总有回缩的趋势,而越是直径小、表面弯曲的泡泡对内部的压力越大,这个力被称为弯曲液面的附加压力。在阀门打开之前,两边应该都处于内部气压、外部气压以及液膜造成的压力之间的平衡状态,而按照上面说的规律,小泡泡对内部的压力更大,所以与之对抗的内部气压也需要更大。因此,当打开阀门之后,高气压的小泡泡会把气体压进大泡泡的一边。

弯曲液面造成的附加压力对小尺寸的东西非常重要,毛细现象是这样来的,昆虫站在水面上也靠它产生向上托的力。更多阅读:小昆虫为什么能站在水面上?

PS:我曾经试图在家用吸管、夹子和热熔胶自己组装一个这种实验装置,但是因为夹子漏气完全没有成功_(:з」∠)_

录制者:vulgarisation,戳阅读原文可以更多了解表面张力。


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