Hvordan oppstår den nesten perfekte kulen? Hvorfor glitrer såpebobler i alle regnbuens farger? En gjennomgang av overflatespenning, minimalflater og lysinterferens, med kilder fra Store norske leksikon og Exploratorium.
Kort fortalt
- Overflatespenning i vann
- 72,8 mN/m ved 20 °C (Store norske leksikon)
- Boblevæske-oppskrift
- 2/3 cup Dawn oppvaskmiddel, 1 gallon vann og 2–3 ss glyserin (Exploratorium)
Innhold i artikkelen (6)
En såpeboble er et fysisk under av overflatespenning
En såpeboble ser enkel ut: luft omsluttet av et tynt lag såpevann. Ifølge Store norske leksikon er en boble en gassmengde omsluttet av en tynn væskehinne, og formen den tar er et av naturens mest elegante eksempler på hvordan overflatespenning styrer geometri.
En såpeboble består av to tynne lag med såpemolekyler med et mikroskopisk lag vann mellom seg. Det er overflatespenningen i dette laget som holder strukturen sammen helt til boblen til slutt sprekker.
Når en såpeboble glitrer og skifter farge, skyldes det interferens mellom lys som reflekteres fra filmens forside og bakside — det samme fenomenet som gjør at en oljeflekk på vann skinner i regnbuens farger.
Tall som viser kompleksiteten
Såpebobler er små fenomener, men tallene bak dem viser hvor presis fysikken er.
Overflatespenningen i rent vann er 72,8 mN/m ved 20 °C, ifølge Store norske leksikons oppslag om overflatespenning. Tilsetter man såpe, svekkes denne spenningen nok til at en tynn, elastisk film kan dannes og strekkes uten å ryke.
Der tre såpefilmer møtes, danner de alltid en vinkel på 120 grader — en regel for hvordan såpefilmer organiserer seg som er oppkalt etter den belgiske fysikeren Joseph Plateau.
Geometriens perfeksjon
Dyppes en trådform i såpevann, oppstår en flat film mellom trådene. Så lenge filmen ikke omslutter et rom, har den null gjennomsnittskrumning og er det matematikere kaller en minimalflate — flaten med minst mulig areal innenfor rammen.
En lukket såpeboble er noe annet: den omslutter luft med et annet trykk enn omgivelsene, og er derfor strengt tatt ikke en minimalflate i matematisk forstand. Likevel er kulen formen som gir minst mulig overflateareal for et gitt volum, og det er derfor boblen runder seg til en sfære.
Der flere såpefilmer møtes, følger de Plateaus lover: filmene møtes alltid tre og tre langs en kant i en vinkel på 120 grader, beskrevet av den belgiske fysikeren Joseph Plateau på 1800-tallet.
Hvorfor skifter fargene når boblen blir tynnere?
En nyblåst såpeboble skinner ofte i alle regnbuens farger. Etter hvert som filmen blir tynnere, endrer fargemønsteret seg, og rett før boblen sprekker blir filmen så tynn at den virker nesten svart, ifølge Exploratoriums forklaring av boblefarger.
Fargene oppstår fordi hvitt lys består av bølger med mange ulike frekvenser. Når lyset reflekteres både fra filmens forside og bakside, interfererer de to bølgetogene: noen farger forsterkes, andre kansellerer hverandre, og resultatet er fargede striper som beveger seg etter hvert som filmtykkelsen endres.
Fordi hver farge svarer til en bestemt filmtykkelse, fungerer fargemønsteret i praksis som et synlig mål på hvor tynn filmen har blitt — helt til den blir for tynn til å reflektere noe som helst, og boblen sprekker.
Såpebobler i vitenskap og arkitektur
Cellemembraner er bygget etter et beslektet prinsipp: de består av et dobbeltlag med fosfolipider der de vannavstøtende halene vender innover mot hverandre og de vannløselige hodene vender ut mot væsken på hver side — en oppbygning som minner om de to såpelagene i en boblevegg.
I arkitekturen er minimalflate-prinsippet brukt direkte til å finne formen på lette teltakskonstruksjoner. Den tyske arkitekten Frei Otto, som tegnet taket til Olympiastadion i München (1972) og den tyske paviljongen på verdensutstillingen i Montreal i 1967, er kjent for lette hengekonstruksjoner der formen ble funnet med fysiske modeller som såpefilmer og hengende nett, ifølge Store norske leksikon.
Prøv det selv hjemme
En enkel boblevæske kan lages av vann, oppvaskmiddel og litt glyserin. Exploratoriums oppskrift bruker 2/3 cup (om lag 1,6 dl) Dawn oppvaskmiddel, 1 gallon (3,8 liter) vann og 2–3 spiseskjeer glyserin, og anbefaler å la blandingen stå og modnes minst et døgn før bruk for å gi bobler som varer lenger.
Dypp en ring eller en trådform i blandingen og trekk den sakte opp. Hold filmen mot en mørk bakgrunn og la lys falle skrått inn, så blir fargemønstrene fra interferensen lettere å se.
Fordi filmen hele tiden blir tynnere av tyngdekraft og fordampning, endres fargene kontinuerlig fram til boblen til slutt sprekker.
Emner
