Mýdlové bubliny propojené trubičkou
Pokus číslo: 1954
Cíl pokusu
Na tomto pokusu ukážeme, co se stane se dvěma různě velkými mýdlovými bublinami poté, co je propojíme.
Pokusem demonstrujeme závislost kapilárního tlaku na poloměru bubliny.
Teorie
Zda se budou nebo nebudou měnit poloměry bublin, závisí na tlaku vzduchu, který je uvnitř. Jestliže bude v jedné bublině vyšší tlak, začne z ní proudit vzduch do druhé bubliny.
Tlak uvnitř bublin je dán atmosférickým tlakem vzduchu a tlakem syté páry, která se odpařuje z povrchu blány. Tyto tlaky jsou u obou bublin stejné. Dále se přidává kapilární tlak.
Kapilární tlak vzniká jako důsledek zakřiveného povrchu kapaliny. Můžeme ho dobře pozorovat u bublin, kapek nebo v kapilárách. Kapilární tlak je v každém místě kolmý k povrchu kapaliny. Značíme ho pk.
Pro kapilární tlak uvnitř bubliny platí vztah
\[p_\mathrm{k} = \frac{4σ}{r},\]kde σ značí povrchové napětí kapaliny a r je poloměr bubliny.
Kapilární tlak je nepřímo úměrný poloměru bubliny, v menší bublině je tedy větší tlak. Vzduch z menší bubliny proto bude po propojení proudit do větší bubliny, ve které je tlak menší.
Řešenou úlohu a odvození vztahu pro kapilární tlak najdete zde: Skleněná trubička a mýdlové bubliny.
Pomůcky
dvojramenná skleněná trubice s trojcestným kohoutem (případně dvě brčka nebo trubičky, které půjdou propojit)
kádinka
tekuté mýdlo nebo přípravek na mytí nádobí
Postup
Postup s trubicí s trojcestným kohoutem:
Připravíme si do misky mýdlový roztok.
Namočíme jeden konec trubice do mýdlového roztoku a vyfoukneme malou bublinu, poté uzavřeme přístup vzduchu.
Stejným způsobem vyfoukneme z druhého konce velkou bublinu, opět uzavřeme přístup vzduchu.
Otočením kohoutu propojíme vnitřní části bublin.
Pozorujeme, co se s bublinami bude dít.
Pokud pokus předvádíme s brčky nebo trubičkami, je postup podobný:
Namočíme brčko do mýdlového roztoku a vyfoukneme bublinu, poté palcem ucpeme druhý konec brčka.
Na konci druhého brčka vyfoukneme bublinu a brčko opět ucpeme palcem.
Obě brčka propojíme tak, aby mezi nimi mohl proudit vzduch a sledujeme, co se bude dít s bublinami.
Vzorový výsledek
Metodické poznámky
Předem je dobré vyzkoušet kvalitu mýdlového roztoku a také práci s trojcestným kohoutem.
Obdobný pokus jde provést s pouťovými balónky, jde však jen o analogii pokusu s bublinami. Na balóncích můžeme ukázat, že v méně nafouknutém balónku je větší tlak. Po propojení dvou různě velkých balónků začne vzduch z malého proudit do velkého (podobně jako u bublin). Při zvětšování objemu balónku a natahování blány se zvětšují vzdálenosti mezi částicemi, zatímco při zvětšování bubliny se přemisťují molekuly zevnitř roztoku do povrchových vrstev bubliny (povrchové vrstvy jsou dvě, protože bublina má dva povrchy). Růst nebo pokles tlaku uvnitř balónku při jeho nafukování ovlivňuje jednak změna normálového napětí blány balónku a jednak změna křivosti jeho povrchu. U mýdlové bubliny je přetlak v ní nepřímo úměrný jejímu poloměru.
