Sabun köpüğü - Soap bubble

Sabun köpüğü.
Makro fotoğrafçılık altında çekilmiş tek bir hafif sabun köpüğü fotoğrafı.
Üç katmanı gösteren tek bir sabun köpüğü.
Kız kabarcıklar üfleme.
Birkaç baloncuk köpük yapar.

Bir sabun köpüğü son derece ince film nın-nin sabunlu boşluk oluşturan havayı çevreleyen su küre bir ile yanardöner yüzey. Sabun köpüğü genellikle kendi başına veya başka bir nesneyle temas halinde patlamadan önce yalnızca birkaç saniye sürer. Genellikle çocukların eğlenmesi için kullanılırlar, ancak aynı zamanda sanatta da kullanılırlar. performanslar. Birkaç baloncuğun birleştirilmesi, köpük.

Işık bir baloncuğun üzerine parladığında rengi değişiyor gibi görünür. Farklı kırılmadan kaynaklanan gökkuşağında görülenlerden farklı olarak, sabun köpüğünde görülen renkler, ince sabun filminin ön ve arka yüzeylerinden yansıyan ışığın girişiminden kaynaklanır. Filmin kalınlığına bağlı olarak, farklı renkler yapıcı ve yıkıcı bir şekilde müdahale eder.

Matematik

Sabun köpüğü kompleksin fiziksel örnekleridir matematiksel problemi minimal yüzey. En az şeklini alacaklar yüzey alanı belirli bir hacmi içeren olası. Gerçek bir minimal yüzey, bir sabun filmi içeride dışarıda eşit basınca sahip olan, dolayısıyla sıfır olan bir yüzeydir. ortalama eğrilik. Sabun köpüğü, kapalı bir sabun filmidir: dış ve iç basınç farkı nedeniyle, bir yüzeydir. sabit eğrilik demek.

1884'ten beri küresel bir sabun köpüğünün, belirli bir hava hacmini kapatmanın en az alanlı yolu olduğu bilinmesine rağmen (bir teorem) H. A. Schwarz ), 2000 yılına kadar, iki birleştirilmiş sabun köpüğünün, farklı boyuttaki belirli iki hacimdeki havayı en az yüzey alanıyla kapatmanın optimum yolunu sağladığı kanıtlanmıştır. Bu, çift ​​kabarcık varsayımı.[1]

Bu niteliklerinden dolayı sabun köpüğü filmleri pratik problem çözme uygulaması ile kullanılmıştır. Yapı mühendisi Frei Otto Birkaç nokta arasında yayılan en az yüzey alanına sahip bir tabakanın geometrisini belirlemek için sabun köpüğü filmleri kullandı ve bu geometriyi devrim niteliğindeki gerilebilir çatı yapıları.[2] Ünlü bir örnek, Montreal'deki Expo 67'deki Batı Almanya Pavyonu.

Fizik

Birleştirme

Sabun köpüğü kolaylıkla birleşebilir.

İki kabarcık birleştiğinde, yüzey alanlarının toplamını mümkün olduğunca küçük yapan ve her bir kabarcığın kapladığı hava hacmiyle uyumlu bir şekil alırlar. Kabarcıklar eşit büyüklükteyse, ortak duvarları düzdür. Aynı boyutta değillerse, ortak duvarları daha büyük baloncuğa doğru şişer, çünkü küçük olanın daha yüksek bir iç kısmı vardır. basınç daha büyük olandan, tahmin edildiği gibi Young-Laplace denklemi.

Üç veya daha fazla baloncuğun buluştuğu bir noktada, bir çizgi boyunca yalnızca üç baloncuk duvarı buluşacak şekilde kendilerini sıralarlar. Üç yüzeyin her birinde yüzey gerilimi aynı olduğundan, aralarındaki üç açı 120 ° 'ye eşit olmalıdır. Kabarcık duvarlarının üçlülerinin cos ile ayrılmış olarak birleştiği çizgilerle bir noktada yalnızca dört kabarcık duvarı birleşebilir.−1(−1/3) ≈ 109,47 °. Olarak bilinen tüm bu kurallar Plato kanunları nasıl olduğunu belirle köpük baloncuklardan yapılmıştır.

istikrar

Bir sabun köpüğünün uzun ömürlülüğü, yüzeyini oluşturan çok ince su tabakasının, yani a mikrometre -kalın sabun filmi Dolayısıyla aşağıdakilere duyarlıdır:

  • Sabun filmi içindeki drenaj: yerçekimi nedeniyle su düşer. Bu, örneğin gliserol ekleyerek su viskozitesini artırarak yavaşlatılabilir. Yine de nihai bir yükseklik sınırı vardır; kılcal uzunluk, sabun köpüğü için çok yüksek: yaklaşık 4 metre (13 fit). Prensipte ulaşabileceği uzunlukta bir sınır yoktur.
  • Buharlaşma: Bu, ıslak bir atmosferde baloncuklar üfleyerek veya suya biraz şeker ekleyerek yavaşlatılabilir.
  • Kir ve yağ: Kabarcık yere, duvara veya cildimize temas ettiğinde, genellikle sabun tabakasını yırtıyor. Bu, bu yüzeylerin suyla (tercihen bir miktar sabun içeren) ıslatılmasıyla önlenebilir.

Islatma

Ultrahidrofobik bir yüzeyi ıslatan bir sabun köpüğü
Sıvı bir yüzeyi ıslatan bir sabun köpüğü

Bir sabun köpüğü katı veya sıvı bir yüzeyle temas ettiğinde ıslatma gözlemlenir. Sağlam bir yüzeyde, temas açısı baloncuğun yüzey enerjisi katı.,[3][4] Bir sabun köpüğü, katı bir yüzey üzerinde daha geniş bir temas açısına sahiptir. ultrahidrofobiklik hidrofilik bir yüzeye göre - bkz. Islatma. Sıvı bir yüzeyde, sabun köpüğünün temas açısı boyutuna bağlıdır - daha küçük kabarcıkların daha düşük temas açıları vardır.[5][6]

İlaç

Kontakt dermatit

Sabun köpüğü sıvısının bileşimi, biraz farklı içerikler içeren birçok tarif içerir. En yaygın olanı şunları içerir:

Bulaşık makinesinin varlığı nedeniyle sabun, çocukların kasılması nadir değildir dermatit Yüzde, ellerde kızarıklık, gözlerde şişme, kusma ve baş dönmesi gibi sonuçlarla.

Alışılmadık bilgi işlem olarak sabun köpüğü

Ayrıca bakınız Geleneksel olmayan bilgi işlem.

Sabun filmlerinin yaptığı yapılar sadece küreler olarak değil, hemen hemen her şekle, örneğin tel çerçevelere kapatılabilir. Bu nedenle birçok farklı minimal yüzey tasarlanabilir. Aslında bazen onları fiziksel olarak yapmak, bunları hesaplamaktan daha kolaydır. matematiksel modelleme. Sabun filmleri bu nedenle analog bilgisayarlar Sistemin karmaşıklığına bağlı olarak geleneksel bilgisayarlardan daha iyi performans gösterebilir.[7][8][9]

Eğitimde kabarcıklar

Baloncuklar, çok çeşitli kavramları küçük çocuklara bile öğretmek ve keşfetmek için etkili bir şekilde kullanılabilir. Esneklik, renk oluşumu, yansıtıcı veya aynalı yüzeyler, içbükey ve dışbükey yüzeyler, şeffaflık, çeşitli şekiller (daire, kare, üçgen, küre, küp, dörtyüzlü, altıgen), elastik özellikler ve karşılaştırmalı boyutlandırma ile daha ezoterik Bu sayfada listelenen kabarcıkların özellikleri. Kabarcıklar, 2 yaşından başlayarak üniversite yıllarına kadar kavramların öğretilmesinde faydalıdır. İsviçreli bir üniversite profesörü olan Dr.Natalie Hartzell, küçük çocukların eğlence amacıyla yapay baloncukların kullanımının, çocuğun beyninin motor becerilerini kontrol eden bölgesinde olumlu bir etki gösterdiğini ve kabarcıklara maruz kalan çocuklarla koordinasyondan sorumlu olduğunu teorileştirdi. olmayanlara göre ölçülebilir derecede daha iyi hareket becerileri gösteren genç bir yaş.[10]

Yeniden yaratma

Oyunda kullanın

Uzun sabun köpüğü değnekle baloncuklar yaratan bir kadın
Kabarcık Üfleme Dolores Parkı sırasında Dyke March, Haziran 2019
Adriaen Hanneman, İki erkek, üfleme, kabarcıklar (yaklaşık 1630)
Jean-Baptiste-Siméon Chardin, Sabun Köpüğü (yaklaşık 1734)

Sabun köpükleri, çocukları kil borularla üfleyen çocukları gösteren 17. yüzyıl Flaman resimlerinde kanıtlandığı gibi en az 400 yıldır eğlence amaçlı kullanılıyor. Londra merkezli firma A. & F. Armut 1886'da John Everett Millais'in baloncuklarla oynayan bir çocuğun resmini kullanarak sabunları için ünlü bir reklam kampanyası yarattı. Chicago şirketi Chemtoy, 1940'larda kabarcık çözümü satmaya başladı ve o zamandan beri kabarcık çözümü çocuklar arasında popüler oldu. Bir endüstri tahminine göre, perakendeciler yılda yaklaşık 200 milyon şişe satıyor.[kaynak belirtilmeli ]

Renkli baloncuklar

Şeffaf havayı çevreleyen şeffaf sudan bir balon oluşur. Ancak sabun filmi görünür ışık kadar ince dalga boyu, sonuçlanan girişimler. Bu oluşturur yanardönerlik Bu, balonun küresel şekli ve kırılganlığıyla birlikte hem çocuklar hem de yetişkinler üzerindeki büyülü etkisine katkıda bulunur. Her renk, değişen kalınlıktaki sabun köpüğü filminin sonucudur. Tom Noddy (ikinci bölümde yer alan Marcus du Sautoy 's Kod ) bakma benzetmesini verdi kontur kabarcıkların yüzey haritası. Bununla birlikte, yapay olarak renkli baloncuklar üretmek bir zorluk haline geldi.

Byron, Melody ve Enoch Swetland, patentli, toksik olmayan bir balon icat etti (Tekno Bubbles)[11] UV ışığı altında parlayan. Bu kabarcıklar, normal aydınlatma altında sıradan yüksek kaliteli "berrak" kabarcıklar gibi görünür, ancak gerçek UV ışığına maruz kaldıklarında parlar. UV aydınlatması ne kadar parlaksa, o kadar parlak parlar. Aile onları dünya çapında sattı, ancak o zamandan beri şirketlerini sattı.

Renkli ekleme boya Kabarcık karışımları renkli baloncuklar üretemez, çünkü boya yüzey aktif maddenin aksine su moleküllerine yapışır. Bu nedenle, boyanın tabanında bir noktaya düşmesiyle renksiz bir kabarcık oluşur. Boya eczacı Dr. Ram Sabnis geliştirdi lakton Yüzey aktif maddelere yapışan ve parlak renkli baloncukların oluşmasını sağlayan boya. Kristal menekşe lakton bir örnektir. Tim Kehoe adlı başka bir adam, basınca veya oksijene maruz kaldığında rengini kaybeden renkli bir balon icat etti. Zubbles, toksik olmayan ve leke bırakmayan. 2010 yılında Japon astronot Naoko Yamazaki renkli baloncuklar oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdi mikro yerçekimi. Bunun nedeni, düşük yerçekimi ortamında su moleküllerinin balonun etrafına eşit olarak yayılmasıdır.

Dondurucu

-7 ° C'de (19 ° F) karda donmuş sabun köpüğü.

Sabun köpüğü havaya üflenirse sıcaklık −15° C (5 ° F ), ne zaman donacaklar bir yüzeye dokun. İçerideki hava yavaş yavaş yaymak dışarı, balonun kendi ağırlığı altında parçalanmasına neden olur. Yaklaşık -25 ° C (-13 ° F) altındaki sıcaklıklarda, kabarcıklar havada donar ve yere çarptığında parçalanabilir. Bir balon ılık hava ile üflendiğinde, kabarcık ilk başta neredeyse mükemmel bir küreye donar, ancak ılık hava soğuduğunda ve hacimde bir azalma meydana geldiğinde, balonun kısmi olarak çökmesi olacaktır. Bu düşük sıcaklıkta başarıyla oluşturulan bir balon her zaman oldukça küçük olacaktır; hızla donacak ve daha fazla artarsa ​​parçalanacaktır.[12]Küçük sabun kabarcıklarının donması, karda ayarlandıktan sonra 2 saniye içinde gerçekleşir (hava sıcaklığında –10 ...– 14 ° C civarında).[13]

Sanat

2009'da profesyonel 'kabarcık uzmanı' Çilek Fuarı içinde Cambridge, İngiltere.
Budapeşte şehir merkezinde sabun köpüğü

Sabun köpüğü performanslar birleştirmek eğlence sanatsal başarı ile. Yüksek derecede beceri gerektirirler.[kaynak belirtilmeli ] Bazı sanatçılar, piyasada yaygın olarak bulunan kabarcık sıvıları kullanırken, diğerleri kendi çözümlerini oluşturur. Bazı sanatçılar, genellikle nesneleri ve hatta insanları saran dev baloncuklar veya tüpler yaratırlar. Diğerleri küpler, dörtyüzlüler ve diğer şekiller ve formlar oluşturan baloncuklar oluşturmayı başarır. Kabarcıklar bazen çıplak elle tutulur. Görsel deneyime eklemek için bazen Sigara içmek, buhar veya helyum ve ile birleştirildi lazer ışıklar veya ateş. Sabun köpüğü gibi yanıcı bir gazla doldurulabilir. doğal gaz ve sonra tutuşturuldu.

Sabun köpüğü sanatçılarının iş yerinde galerisi

  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (1) .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (2) .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (3) .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (4) .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (5) .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (6] .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (10] .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (11] .JPG
  • Mart 2015'te Barselona'da dev sabun köpüğü yapmak (12) .JPG
  • PopUpCity.jpg
  • PopUpCity (2) .jpg
  • PopUpCity (3) .jpg

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Hutchings, Michael; Morgan, Frank; Ritoré, Manuel; Ros, Antonio (17 Temmuz 2000). "Çift kabarcık varsayımının kanıtı". Elektronik Araştırma Duyuruları. 6 (6): 45–49. doi:10.1090 / S1079-6762-00-00079-2.
  2. ^ Jonathan Glancey, The Guardian 28 Kasım 2012 Arşivlendi 8 Ocak 2017, Wayback Makinesi
  3. ^ Teixeira, M.A.C .; Teixeira, P.I.C. (2009). "Yarım küre bir baloncuğun temas açısı: Analitik bir yaklaşım" (PDF). Kolloid ve Arayüz Bilimi Dergisi. 338 (1): 193–200. Bibcode:2009JCIS..338..193T. doi:10.1016 / j.jcis.2009.05.062. PMID  19541324.
  4. ^ Arscott, Steve (2013). "Hidrofilik, hidrofobik ve süperhidrofobik yüzeylerde sabun kabarcıklarının ıslatılması". Uygulamalı Fizik Mektupları. 102 (25): 254103. arXiv:1303.6414. Bibcode:2013ApPhL.102y4103A. doi:10.1063/1.4812710. S2CID  118645574.
  5. ^ MAC. Teixeira, S. Arscott, S.J. Cox ve P.I.C. Teixeira, Langmuir 31, 13708 (2015).[1]
  6. ^ "Ey çaresiz da bolha". Arşivlendi 2016-02-12 tarihinde orjinalinden. Alındı 2016-02-09.
  7. ^ Isenberg Cyril (2012). "Sabun Filmi: Analog Bir Bilgisayar". Amerikalı bilim adamı. 100 (3): 1. doi:10.1511/2012.96.1.
  8. ^ Isenberg Cyril (1976). "Sabun Filmi: Analog Bir Bilgisayar". Amerikalı bilim adamı. 64 (3): 514–518. Bibcode:1976AmSci..64..514I. doi:10.1511/2012.96.1.
  9. ^ Taylor, Jean E. (1977). "Sabun Filmi Mektupları". Amerikalı bilim adamı. 100 (Ocak – Şubat): 1. doi:10.1511/2012.96.1.
  10. ^ Taylor, J. E. (1976). "Sabun Köpüğü Gibi ve Sabun Film Gibi Minimal Yüzeylerdeki Tekilliklerin Yapısı". Matematik Yıllıkları. 103 (3): 489–539. doi:10.2307/1970949. JSTOR  1970949.
  11. ^ Mary Bellis (1999-10-05). "Byron ve Melody Swetland ile Söyleşi - Tekno Baloncuklarının Mucitleri". Inventors.about.com. Arşivlendi 2013-07-04 tarihinde orjinalinden. Alındı 2013-10-04.
  12. ^ Hope Thurston Carter: Dondurulmuş Buzlu Eğlence Arşivlendi 2016-02-15 Wayback Makinesi hopecarter.photoshelter.com, Michigan, ABD, 2014, 25 Ocak 2017 tarihinde alındı. - Fotoğraf kataloğu.
  13. ^ pilleuspulcher: Karda sabun köpüğü donuyor Arşivlendi 2017-02-02 de Wayback Makinesi google +, Regensburg, Almanya, 23 Ocak 2017, 25 Ocak 2017'de alındı. - Fotoğraflar, Almanca açıklama.

daha fazla okuma

  • Oprea, John (2000). Sabun Filmlerinin Matematiği - Maple ile Araştırmalar. American Mathematical Society (1. baskı). ISBN  0-8218-2118-0
  • Erkekler, C.V. (1890) Sabun Balonları ve Onları Biçimlendiren Kuvvetler; (Dover yeniden yazdırın) ISBN  0-486-20542-8. Klasik Viktorya dönemi sergisi, başlangıçta "genç bir izleyici önünde" verilen bir dizi konferansa dayanmaktadır.
  • Isenberg, Cyril (1992) Sabun Filmleri ve Sabun Köpüğü Bilimi ; (Dover) ISBN  0-486-26960-4.
  • Noddy, Tom (1982) "Tom Noddy'nin Kabarcık Büyüsü" Pioneer baloncunun açıklamaları modern performans sanatını yarattı.
  • Stein, David (2005) "Nasıl Canavar, Devasa, İnanılmaz Büyük Baloncuklar Yapılır"; (Klutz) Eskiden "The Unbelievable Bubble Book" (1987), dev balon sporunu başlattı. ISBN  978-1-57054-257-2

Dış bağlantılar