泡が丸いのは、石鹸膜の表面張力によって球状に引き寄せられるからです。これは、表面張力が、泡にかかる空気分子の内向きの力と、泡にかかる空気分子の外向きの力とのバランスをとる力であるためです。
気泡の場合、内部に閉じ込められた空気分子は、気泡の外側の空気分子から力を受けます。それらは、同様に反対の力も発揮します。これにより、内部の気泡は、外気との接触を最小限に抑える形状にまとめようとします。結果の形状は球形です。
見本市に行くたびに、泡を作ることができる小さなものをいつも探していたことを覚えています。ご存知のように、石鹸液の小さなボトルと、型に浸して息を吹き込み、丸くて美しい泡を作ることができる「ワンド」です。
私の説明があまり役に立たない場合は、次の図で私が話していることがわかるはずです:
このような泡を作ったことはありますか？ （写真提供：Pixabay）
ある時点でこの「デバイス」を使用して泡を作ったことがあると思います。そうでなければ、あなたは死んでいるかもしれません。または別の惑星から。
とにかく、泡の本当に素晴らしいところは、a) とてもカラフルで、b) 通常は完全に球形だということです。どんな大きさでも、このおもちゃでできる泡はいつも丸い!
そういえば、このおもちゃで作ったシャボン玉だけでなく、ほぼ全てのシャボン玉が球形ですよね？その理由について考えたことはありますか?
注: すべての泡が必ずしも球形であるとは限りません。球体以外のさまざまな形状をとることもできますが、この記事の範囲では、最も一般的な形状、つまり球体のみを考慮します。
それでは始めましょう。
泡とは?
シャボン玉は、一定量の空気を閉じ込めた石鹸水の非常に薄い層です。そのため、泡は中空の球体を形成し、虹色の表面 (つまり、さまざまな角度から見ると徐々に色が変化するように見える表面) を持っています。
シャボン玉は虹色です。 （写真提供：Pixabay）
簡単に言えば、シャボン玉は空気がシャボン玉に包まれているだけだと言えます。石鹸膜は、水 (または他の液体) と石鹸でできています。
シャボン玉は数秒しか持続せず、自然に破裂したり、何か他のものと接触した後に破裂することがよくあります。泡は、何かでつついたときに弾けることもあれば、自然に破裂することもあります。後者は、石鹸膜表面の間の水が蒸発するときに発生します。
これらは、バブル全般について知っておくべき基本的なことです。それでは、タイトルで提起した質問に答えましょう:
なぜ泡は丸いのですか?
先に述べたように、泡は基本的に、一定量の空気を取り囲む石鹸水の膜です。さて、この薄いせっけんの膜は、互いに引き合う傾向のある分子でできています。このフィルムに囲まれた空気はフィルムによって収縮され、ガスであるため、接触するすべての表面ポイントに均等な力を加えます。
気泡は内部に空気を閉じ込めているため、中空です。 （写真提供：Pixabay）
フィルムは、フィルムの収縮を引き起こす力が、閉じ込められた空気がフィルムに及ぼす圧力 (空気分子がフィルムに力を及ぼす原因となる) と釣り合う点に到達するまで収縮し続けます。この時点で、両当事者が行使し経験する力は均衡しています。
このような力の平衡の結果として得られる形状は球です。数学的には、球はすべての点が形状内の他のすべての点とまったく同じである唯一の形状だからです。したがって、球状の泡では、すべての石鹸分子が同数の周囲の石鹸分子を引っ張っています。
泡の中に閉じ込められた空気がどのようにして球形になるか.
泡の球形を見るもう 1 つの方法は、球は (あらゆるものの) 特定の体積を格納でき、最小の表面積を保持できる唯一の形状であるということです。たとえば、2 つのコンテナーがあり、そのうちの 1 つは球形で、もう 1 つは立方体であるとします。これらのコンテナは両方とも、同じ量の材料を保管できます。
ただし、それらの寸法を測定すると、球形のコンテナの表面積が立方体のコンテナよりも小さいことに気付くでしょう。これは、球と比較した場合、他のすべての形状に適用されます。後者は、特定のボリュームに対して常に最小の表面積を持ちます。
気泡の場合、内部に閉じ込められた空気分子は、気泡の外側の空気分子から力を受けます。それらは、同様に反対の力も発揮します。これにより、内部の気泡は、外気との接触を最小限に抑える形状にまとめようとします。結果として得られる形状は常に球形であり、気泡を引き寄せて球形に保つ力は表面張力と呼ばれます。
言い換えれば、泡の球形を形成するのは表面張力だと言えます。
