Объяснение пятилетнему ребенку - почему пузыри не бегут как вода

Причина, по которой жидкости стекают с вашей руки, а твердые тела — нет, заключается в том, что жидкости могут менять форму, а твердые — нет. Молекулы в жидкости хотят оставаться вместе, но их не волнует форма, в которой они находятся, поэтому гравитация заставит их растекаться по вашей руке и стекать по сторонам. Твердые тела не могут изменить форму, поэтому они просто остаются на вашей руке, удерживаясь на месте за счет трения.

Пузырь — это тонкая сфера из водно-мыльной смеси, наполненная воздухом. Водно-мыльная смесь имеет поверхностное натяжение. Это означает, что молекулы тянут друг друга, пытаясь уменьшить размер пузыря. Но воздух внутри пузыря имеет атмосферное давление. Если пузырь становится меньше, давление воздуха увеличивается, отталкивая этот тонкий слой воды и мыла. Это приведет к стабильной ситуации: поверхностное натяжение тянет внутрь, а давление воздуха выталкивает наружу, что приводит к определенному размеру и форме. Если пузырь каким-то образом станет меньше, давление воздуха восстановит его размер, а если он станет больше, восстановится поверхностное натяжение. Если пузырек деформируется не в сферу, а во что-то иное, поверхностное натяжение и давление воздуха перестанут быть постоянными и равными, и они будут продолжать тянуть и толкать, пока снова не станут равными, что, опять же,

Так что в некотором смысле пузырь ведет себя так, как если бы он был твердым телом , потому что он имеет жесткую форму и размер . Пузырь не может растекаться по вашей руке и стекать по сторонам, потому что он хочет сохранить свою форму и размер. И пузырь в целом не так легко двигается из-за прилипания к вашей руке (жидкий аналог трения). Если вы подуете на пузырь или наклоните руку, воздушный поток или гравитация преодолеют прилипание, и пузырь в целом соскользнет с вашей руки. Он никогда не растечется и не потечет, если вы его не лопнете, и в этот момент уже не будет пузырька, о котором можно было бы говорить, а будет просто смесь воды и мыла, которая представляет собой жидкость.

Таким образом, пузырек имеет несколько жесткую форму из-за сочетания поверхностного натяжения и давления воздуха. Это означает, что он не может течь, а только двигаться как единое целое. Сцепление между пузырем и вашей рукой предотвращает простое соскальзывание пузыря с вашей руки.

Я не силен в этом, но вот моя попытка сформулировать это так, чтобы было понятно ребенку:

Если что-то течет, оно должно менять форму. Жидкости текут, потому что им все равно, какой они формы. Твердые тела, как и штамп, не текут, потому что хотят иметь определенную форму. Кость всегда куб. Из-за этого кубик может двигаться только как единое целое. Игральная кость не падает с вашей руки, потому что между игральной костью и вашей рукой существует трение. Точно так же, как кусок резины или полоска противоскользящего покрытия на столе.

Пузырь — это шар с воздухом внутри и тонким слоем воды снаружи. Все состоит из крошечных вещей, называемых «молекулами» (не будем забегать вперед). Молекулы в твердом теле очень крепко держатся друг за друга, поэтому твердые тела не могут менять форму. Молекулы жидкости притягиваются друг к другу, но не удерживают друг друга. Поскольку молекулы притягиваются друг к другу, вода в пузыре хочет стать меньше. Но воздух внутри пузыря также имеет молекулы. Воздух - это газ. Молекулы в газе вообще не удерживают друг друга, они просто не хотят удаляться друг от друга как можно дальше. Таким образом, молекулы воздуха внутри пузыря хотят, чтобы пузырь стал больше. Если молекулы воздуха толкают сильнее, чем тянут молекулы воды, пузырь становится больше. Если молекулы воды тянутся сильнее, пузырь становится меньше. Спустя некоторое время,

Теперь, если пузырь станет меньше, молекулы воздуха снова вытолкнут его. Если пузырь станет больше, молекулы воды снова втолкнут его внутрь. Таким образом, пузырь не может изменить форму. Вы можете увидеть это на воздушном шаре (спасибо Бобсону) . Возьмите пустой воздушный шарик. Он очень маленький, потому что резина стягивает шарик, а в нем нет воздуха, который мог бы его вытолкнуть. Теперь, если вы надуете воздушный шар, внутрь будет попадать все больше и больше воздуха. Таким образом, воздух будет выталкиваться все сильнее и сильнее, увеличивая воздушный шар. Если вы ткнете шарик, вы почувствуете, как воздух давит на ваш палец. И если вы снова уберете палец, воздух снова вернет шарик в форму. Это точно так же, как в пузыре. За исключением того, что вода «сломается» намного легче, чем резина в воздушном шаре. Так что вы можете'

Так же, как кубик, пузырь и воздушный шар хотят иметь определенную форму. Это означает, что пузырь может двигаться только как единое целое. Кость не могла соскользнуть с вашей руки из-за трения. С пузырем происходит нечто подобное:

Держите руки в чашке и налейте в нее немного воды. Теперь откройте руки. Вода стекала с ваших рук, но часть воды все еще остается на вашей руке. Это потому, что молекулы в воде и молекулы в вашей руке тоже притягиваются друг к другу. Это называется адгезией. Из-за этого сцепления между водой на дне пузыря и вашей рукой пузырь не может соскользнуть с вашей руки, как игральная кость.

Фраза для ребенка:

Вода, мед, бензин и масло — это жидкости. «Жидкости» означают, что маленькие молекулы, которые мы увидели бы, если бы у нас было очень хорошее зрение, прилипают друг к другу и скатываются по склону или по вашей руке. Как сказал другой, подобно детям в цепи, держащимся за руки, они могут толкать и тянуть и могут двигаться как цепь, куда бы их ни привела сила.

Твердые тела, такие как дерево или камни, имеют молекулы, которые сильно связаны друг с другом и могут двигаться только как одно тело.

Пузырьки могут образовываться только в жидкости, где есть газ. Возьмем в качестве примера воду и воздух в ванне.

Если подуть через соломинку воду в ванне, образуются пузырьки.

Воздух изо рта через соломинку, а затем через воду выталкивает смешанные молекулы мыла и воды вверх. Мыло сделало раствор эластичным, а смешанные молекулы мыла и воды окружают воздух из соломинки и выходят в виде тонкой пленки, захватывая воздух.

Это похоже на поверхность воды, за исключением того, что она окружает воздух пузыря, и если быть осторожным, пузырь не лопается, но может отделиться и плавать на воде или медленно подниматься рукой.

Он не лопается, потому что молекулы раствора, которые заставляют внешнюю часть пузыря прилипать друг к другу, образуют поверхность, подобную воздушному шару, окружающую выдуваемый воздух.

Таким образом, несмотря на то, что поверхность пузыря жидкая, пузырь в основном состоит из газа и ведет себя как газовый шар в воздухе, уплывая прочь.

В ванне пузырьки могут скользить подобно медленному падению воды, потому что газ делает их очень легкими, преодолевая сопротивление воздуха, а поверхность жидкости прилипает к стенкам.

Таким образом, пузырьки не являются ни жидкостью, ни газом.

Они представляют собой воздушный шар с тонкой жидкой поверхностью и газовой внутренней частью.

Пузыри остаются такими, какие они есть, из-за поверхностного натяжения . Они в основном образуются за счет жидкости (моющего раствора).

Это поверхностное натяжение является результатом сил сцепления между молекулами жидкости и сил сцепления с другими молекулами (например, вашей кожей). Эти силы возникают из -за образования слабых связей на молекулярном уровне между двумя молекулами жидкости или молекулой жидкости и другой молекулой.

Они подобны силам, которые придают клеям, таким как клей, липкость. По сути, пузырь — это просто липкая жидкость на ваших руках. Он просто не чувствует себя липким, потому что это очень тонкий слой.

Вы также можете посмотреть видеоролики Slow-Mo о лопании пузырьков, чтобы увидеть, как образуются капли жидкости, чтобы убедить себя и свою дочь, что пузырьки на самом деле жидкие в состоянии.

Я полагаю, вы говорите о мыльных пузырях .

Мыльные пузыри в целом представляют собой смесь воды и мыла (растворенного в воде) и воздуха (который технически сам является смесью); поэтому у них нет определенного состояния. Однако если пренебречь воздухом, то раствор мыла в воде будет жидкостью; на самом деле это жидкость с достаточно высоким поверхностным натяжением (которое, как упоминали люди, меньше, чем поверхностное натяжение обычной воды).

Поверхностное натяжение является результатом сильного притяжения молекул друг к другу. Это заставит поверхность стремиться минимизировать свою площадь. Молекулы, как люди с множеством рук, хватают и притягивают друг друга ближе к себе.

Но если внутри пузырька (скажем, сферического) находится воздух; тогда поверхностное натяжение хочет уменьшить размер пузыря, в то время как воздух внутри будет сопротивляться этому, увеличивая свое давление. Так они достигнут равновесия. Теперь, если произойдет взрыв, некоторые молекулы потеряют контакт с некоторыми из своих соседей, и молекулы, тянущиеся с другой стороны, заставят пузырь схлопнуться.

Почему пузырьки не соскальзывают с рук, как вода? В этом случае нужно учитывать несколько моментов. Во-первых, относительно сильные силы сцепления между мылом и кожей вызовут силу притяжения между пузырем и рукой (как клей). Еще одна вещь, на которую стоит обратить внимание, это то, что пузыри довольно легкие; со средней плотностью немного выше, чем у воздуха (точное число зависит от очень многих факторов) и намного ниже, чем у воды; На самом деле это достаточно низко, чтобы вы могли видеть крошечный ветерок (и крошечная сила трения между воздухом и пузырем) заставляет их парить в воздухе. Эти эффекты заставят пузырьки стекать с рук намного медленнее, чем вода.

Удачи в объяснении этого вашей гениальной дочери!

Это как воздушный шарик, только меньше и хрупкий.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я имею в виду, конечно, это нечто большее. Но если ты собираешься заставить пятилетнего ребенка понять все это, тебе понадобится несколько лет.

Как упоминалось во всех ответах, ключом является поверхностное натяжение. Я бы порекомендовал продемонстрировать, что такое поверхностное натяжение, с помощью экспериментов. Есть несколько способов, как это можно сделать (например, шлепок животом по сравнению с прямым прыжком в бассейн), но есть видео на YouTube, которое довольно хорошо демонстрирует поверхностное натяжение на http://www.youtube.com/ смотреть?v=e1RVOc0VZ30 . Метод демонстрации этого заключается в следующем:

1. Возьмите миску, полную воды.
2. Аккуратно поместите ткань с водой сверху, с иглой над ней.
3. Ткань впитает воду и утонет, но игла останется над водой. Это потому, что на поверхность воды труднее попасть, чем когда вы опускаетесь ниже поверхности. Как только игла опустится ниже поверхности, она быстро утонет.

Пузыри, по сути, все краевые, и в результате они сильнее, чем могли бы быть в противном случае, и действуют аналогично воздушным шарам. Но так как это все только на самой поверхности, то они гораздо слабее воздушных шаров, чем и объясняется их склонность легко распадаться.

Я думаю, это лучшее, что вы можете объяснить пятилетнему ребенку, но на самом деле это активная область исследований. Вообще говоря, смеси воды/газа и воздуха называются пенами, и они обладают некоторыми очень интересными свойствами. Но я избавлю вашего 5-летнего ребенка от этих подробностей ;-)

Некоторые пузыри бегут как вода

Кто-то летит, кто-то падает, кто-то падает.

Все предыдущие ответы верны. Структура пузырьков является результатом поверхностного натяжения . И это придает им сферическую форму, когда они стоят изолированно. Но почему сферическая форма? Причина в том, что сфера - это форма, которая имеет наименьшую поверхность для своего объема. Поскольку поверхностное натяжение стремится минимизировать поверхность без изменения объема. это естественным образом приводит к этой сферической форме.

Если вы сделаете пузыри, прикрепленные к проволочному каркасу , вы можете получить странные и красивые формы, которые представляют собой минимальные поверхности, проходящие через линии, образованные проволокой. Много примеров можно найти в Интернете (ищите: каркас пузыря). Пузыри действительно могут решить некоторые проблемы минимизации.

Одним из аспектов поверхностного натяжения является то, что на самом деле это очень слабая сила. Он может удерживать воздух внутри пузыря без особого давления, потому что воздух очень легкий, но на большее он не способен. Он не мог бы удержать вместе пузырь, полный воды, потому что вода слишком тяжела для него, если не считать очень маленьких пузырьков, подобных тем, которые вы видите на листьях по утрам или после дождя. Капли воды на самом деле являются пузырьками воды . И они слишком тяжелые, чтобы летать.

Вещи сильно отличаются в космосе и, как правило, в свободном падении, поскольку вещи больше не имеют веса. Тогда вы сможете сформировать большие пузыри воды, потому что поверхностному натяжению больше не придется бороться с гравитацией. Эти пузырьки не лопнут, так как молекулы на поверхности могут быть заменены молекулами внутри. Но они легко меняют форму, если к ним прикоснуться, потому что жидкость не сжимаема (как воздух) и будет распространять импульс от вашего пальца. Они также могут течь, как и любая жидкость, если вы попытаетесь сжать их в руке. Но когда их оставляют в покое, они возвращаются к своей круглой форме.

В Интернете доступно несколько фильмов: « Водяной пузырь в космосе (невесомость) » и «Космическая физика: наука о жидких сферах в невесомости».

Наконец, есть еще один вид пузырьков: пузырьки газа, образующиеся в воде . Эти пузырьки содержат газ, но погружены в жидкость. Будучи легче окружающей среды, они «падают» к поверхности жидкости (по закону Архимеда). Они также сохраняют сферическую форму из-за поверхностного натяжения. Но они могут деформироваться по мере распространения сил окружающей жидкости. Если вы создадите большие пузырьки газа в воде, они также потекут сквозь ваши пальцы, если вы попытаетесь их поймать. Это можно легко поэкспериментировать в ванне, продувая воздух резиновой трубкой или даже простой соломинкой.

Подводя итог, есть 3 вида пузырей . Все они имеют общую поверхность, состоящую из жидкости, которая стремится принять сферическую форму из-за поверхностного натяжения.

• некоторые имеют воздух внутри и воздух снаружи . Таким образом, они очень легкие и могут легко летать на ветру. Они самые красивые из-за оптических эффектов тонких прозрачных пленок . Но они же и самые хрупкие, и исчезают, если тонкая поверхность жидкости по какой-то причине разрывается. Поскольку они имеют только воздух внутри и снаружи, они всегда остаются близкими к своей сферической форме, потому что сжимаемость воздуха ослабит любую попытку распространения силы, которая изменит их форму.

• некоторые имеют воду внутри и воздух снаружи . Обычно они тяжелые и падают. Это капли на земле. Некоторые из них настолько малы, что достаточно легки, чтобы летать (проблема отношения массы к поверхности), и образуют туман и облака. Но они также слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. При свободном падении в космосе на борту спутника они уже не подвержены гравитации и могут быть очень большими. Они могут временно терять свою форму при прикосновении, потому что жидкость внутри распространяет силы.

• у некоторых внутри воздух, а снаружи вода . Они очень легкие и будут «падать», потому что они легче окружающей жидкости. Однако в космосе, поскольку веса нет, они не будут падать ни в каком направлении, точно так же, как пузырьки воды в воздухе. Их сферическая форма может измениться за счет распространения сил через несжимаемую жидкость снаружи.

Последние два вида (с водой снаружи или с водой внутри) могут течь, т. е. могут течь, как вода , то вверх, то вниз. Пузыри с воздухом внутри и снаружи плавают и не нуждаются в протекании. Их не так много, чтобы заставить их течь, поскольку они очень легкие, и у них очень мало сил, которые могут нести вокруг себя, поэтому поверхностное натяжение является доминирующей силой. Кроме того, они настолько хрупкие, что применение силы может их просто разрушить. Тем не менее, я подозреваю, что очень сложно, а может и не невозможно сделать такой поток пузыря, например, вокруг края, который разрезал бы его надвое, при условии, что его параметры (размер) таковы, что "полупузырьки" все еще будут жизнеспособны. .

С помощью фильмов, наблюдая капли воды на маслянистой поверхности, наблюдая пузырьки в газированной воде или созданные в стакане соломинкой, действительно есть что рассказать ребенку, и поэкспериментировать с ним. См., например, на сайте Массачусетского технологического института , где есть изображение насекомого, идущего по воде. Есть также фильмы о водомерках, идущих по воде .

Примечание. Я использовал взаимозаменяемые слова «воздух» и «газ» или «вода» и «жидкость», поскольку этот ответ не является слишком техническим.

Я бы сказал ей, что пузырьки содержат воду, и эта вода липкая. Я бы напомнил ей, что даже после того, как вода стекает с рук под действием силы тяжести, ей все равно нужно вытирать их полотенцем (если только вы не используете электрическую сушилку для рук), потому что часть воды прилипает. Легче увидеть пену, чем воду, потому что пена надувается воздухом и занимает больше места, но она наверняка чувствует, когда обычная вода прилипает к ее коже.

Она, вероятно, не собирается на данном этапе задавать вопрос об электростатическом притяжении, что к счастью, потому что тогда вы находитесь в точке, в которой был Ричард Фейнман, когда он не мог объяснить репортеру, как работают магниты. Таким образом, последовательного «объяснения» (т. е. это действует так, потому что это так, и вы уже принимаете это как должное), вероятно, будет достаточно.