В рассказе про шаровую молнию мы обещали поговорить о мыльных пузырях. Наверняка каждый хотя бы раз сотворил это маленькое и такое хрупкое чудо из мыльной воды. Для детей пузыри – забава, а для ученых они – любопытный объект исследований. Живший в XIX веке английский исследователь лорд Кельвин заметил по этому поводу: «Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики». Другой английский физик – Чарльз Бойс – написал целую занимательную книгу о мыльных пузырях. Так что стоит к этим удивительным явлениям природы присмотреться повнимательнее.

Начнем с мыла.

Химик назвал бы его поверхностно-активным веществом. Сейчас разберемся, что это такое. Молекулы мыла по своей форме похожи на спички. Их головки хорошо смачиваются водой, а длинные «хвостики», наоборот, воду отталкивают. Маленькая капля мыла быстро растекается по поверхности воды, а ее молекулы образуют своеобразный частокол. Головки погружены в воду, а несмачиваемые хвостики торчат вверх. Подобрав нужный объем мыла, можно добиться того, чтобы поверхность воды была покрыта его слоем толщиной всего в одну молекулу.

Однако вернемся к нашим пузырям. Их стенка напоминает сандвич – внутри и снаружи слой мыла, а между ними – тонкий слой воды. В таком «сандвичевом» строении и кроется секрет тонкостенности летучих воздушных пузырей. Вода в них не контактирует с воздухом. Она оказывается как бы зажатой между двумя слоями мыла, которое прекрасно умеет контактировать с воздухом.

Глядя на мыльный пузырь, можно задуматься – как поведут себя молекулы мыла или другого поверхностноактивного вещества не на поверхности, а в объеме воды? Их головки прекрасно контактируют с водой, а вот хвостики смачиваться не хотят. Куда их девать? Природа нашла оригинальное решение. Хвостики контактируют с хвостиками! Получается пузырек воды, ограниченный двумя слоями жира. Именно так устроены мембраны клеток, из которых состоят все живые существа. Это как бы воздушные пузыри наизнанку!

Глядя на мыльный пузырь, всегда радуешься игре цветов на его поверхности. Самуил Яковлевич Маршак так образно описал этот праздник красок в одном из своих стихотворений:

Действительно, красиво. Однако откуда эти краски? Вода же бесцветна…Чтобы ответить на этот вопрос, надо припомнить, что физикам известно о природе света. Сначала они считали, что свет – это поток очень маленьких частиц. Такой теории, ее назвали корпускулярной, придерживался великий Ньютон. Она неплохо объясняла явления отражения и преломления света, однако пасовала перед объяснением картин, которые возникали при прохождении светового пучка через узкие щели. Анализ этих картинок показывал – свет ведет себя, как волна. Корпускулярную и волновую теории света удалось примирить и объединить лишь в 1865 году, когда физик Максвелл показал, что свет – это электромагнитная волна.

О мыльном пузыре пишут книги…

Так вот, каждой длине волны соответствует ощущение определенного цвета, а белый цвет является как бы смесью этих волн. Стенка мыльного пузыря состоит из двух слоев мыла. Падая на поверхность первого слоя, световая волна частично отражается от нее, а частично проходит внутрь. Там она отражается от второго слоя и выходит наружу. В результате одна световая волна как бы раскладывается на две. Их длины неодинаковы. Обе волны начинают взаимодействовать, складываться – взаимно усиливаться или, наоборот, гасить друг друга. В результате и появляется ощущение цвета. Хорошо известно, что свет с длиной волны в 0,5 микрона (микрон – тысячная доля миллиметра) воспринимается человеком как зеленый цвет, а с длиной в 0,4 микрона – как фиолетовый. Поэтому если какая-то часть пузыря изменила свой цвет именно таким образом, можно с уверенностью сказать, что его толщина в данном месте изменилась на одну десятую микрона. Вот это глазомер!

«Выдуйте мыльный пузырь и посмотрите на него…»

Оболочка мыльного пузыря в многократном увеличении

Если вы заметите на поверхности мыльного пузыря темное пятно – это черная метка его близкой кончины. Такой цвет означает, что толщина пленки в этом месте стала равна половине «фиолетовой» длины волны и световые волны начали гасить друг друга. В этом, самом тонком месте пузырь обычно и лопается. Приходит конец радужному чуду.