Svævende bobler

Man kan lave svævende bobler på mange måder. Her er forskellige måder som kan inddeles i tre forskellige kategorier: Der er nogle som handler vægt. Der en som handler om lufttryk, og endelig to som handler om elektricitet.

Vægt

Hvis man fylder en sæbeboble med helium eller anden gas der er lettere end luft, så vil boblen svæve ligesom balloner fyldt med helium. Hvis man har en flaske med helium, skal man bare stikke en slange fra flasken ned i sæbevandet og åbne forsigtigt for gassen. Så vil der dannes en eller flere bobler som vil svæve. Hvis man bruger brint i stedet for helium, kan man desuden antænde de svævende bobler og lave flotte eksplosioner. Desværre er det de færreste som har adgang til trykflasker med brint eller helium, og hvis man har, så skal man kun udføre forsøget sammen med en som er uddannet i at arbejde med trykflasker. Hvis man ikke har adgang til helium eller brint, kan man f.eks. opleve forsøget ved Experimentariums sæbebobleshow.

Svævende bobler1

Til Experimentariums sæbebobleshow kan man være heldig at opleve sæbebobler der svæver fordi de fyldes med brint. Man kan antænde boblerne og derved lave brændende sæbebobler. Tak til Annie Rønning for lån af billedet.

I stedet for at bruge en let gas inde i boblen, kan man også bruge en tung gas omkring boblen. Fordi sæbehinder er fantastisk tynde, så vejer boblerne ikke meget mere end luften omkring boblen. Hvis man blæser sæbebobler i en beholder med en gas der er tungere end luft, så vil boblerne lægge sig oven på gassen. Et eksempel på en tung gas er CO2. Nedfrossen CO2 kaldes tøris. Ved stuetemperatur bliver isen til gas (den smelter ikke, men går direkte fra at være fast stof til at blive til gas (dette kaldes at sublimere). Hvis man lægger tøris i bunden af et højt kar, og hvis man blæser sæbebobler ned i karet, så vil boblerne lægge sig oven på den tunge gas, og det ser ud som om boblerne svæver. Hvis man ikke har adgang til tøris, så kan man selv fremstille CO2 ved at blande bagepulver og eddike. Hæld begge dele sammen i en skål i bunden af karet, og der vil udvikles CO2. Den CO2 som udvikles fra bagepulver er i øvrigt den samme gas som får brød til at hæve.

Svævende bobler1

I et kar med klumper af tøris i bunden, vil der dannes CO2 i den nederste del af karet. Hvis man blæser sæbebobler ned i karet, vil boblerne lægge sig på CO2’en, og det vil se ud som om boblerne svæver fordi CO2 er usynligt.

Man kan også lave varmluftballoner ud af sæbebobler ved at fylde dem med varm luft. En liter varm luft vejer mindre end en liter kold luft, og hvis luften inde i boblen er tilstrækkelig meget varmere end luften omkring boblen, så vil boblen blive let nok til at kunne svæve. Hvis det er koldt i vejret kan man bruge udåndingsluft til at få boblen til at svæve. Til det skal man bruge en tragt til at puste i, så man kan lave store bobler og samtidig sikre at al den luft der kommer ind i boblen, er varm luft fra udåndingen. Det er et godt forsøg, men det skal være temmelig koldt udenfor og forsøget kan være svært at få til at virke. Man kan også forsøge at varme luften i boblen med forskellige redskaber, men vi har dårlige erfaringer med hårtørrere og ingen erfaringer med andre redskaber. Der er dog nogle som får bobler til at svæve ved at fylde dem med varm vanddamp.

svaevende6

Eksperimentel opstilling tip at lave bobler der er fyldt med damp. Varm damp vil få boblen tip at stige tip vejrs.

Tryk

En let måde at få boblerne til at svæve på er ved at få luften oven over boblen til at bevæge sig hurtigt. Man kan bruge en hånd eller et lille stykke papir. Når luften over boblen bevæger sig hurtigt, så falder trykket her i forhold til trykket i den stillestående luft neden under boblen. Princippet beskrives matematisk med Bernoullis ligning,

Pover + ρ ∙ g ∙ yover + ½ ∙ ρ ρ ∙ v2over = Punder + ρ ∙ g ∙ yunder + ½ ∙ ρ ∙ v2under

hvor P er luftrykket, ρ er luftens densitet, g er tyngdeaccelerationen, y er højden over et valgt nulpunkt, og v er hastigheden af luften. For en lille boble er højdeforskellen over og under en boble, yover-yunder lille, og vi kan derfor se bort fra andet led på hver side af lighedstegnet, og hvis luften under bobler står stille (vunder = 0), så kan Bernoullis ligning reduceres til:

Pover Punder - 1/2 ρ∙ v2over

Det ses at lufttrykket over boblen er lavere end lufttrykket under boblen, hvis luften over boblen bevæger sig. Boblen svæver altså fordi den bliver suget op, hvis man får luften over boblen til at bevæge sig. Det er ved samme princip at en flyvemaskine bliver holdt oppe. En flyvinge er designet så luften oven over vingen får mere fart på end luften under den, og der skabes derfor et undertryk på oversiden af vingen, som trækker flyet op. Man kan således illustrere flyvingens princip ved hjælp af sæbebobler.

Elektricitet

Sæbebobler kan tiltrækkes af elektriske felter. Man kan derfor få en sæbeboble til at svæve ved hjælp af en ballon ladet med statisk elektricitet. Man skal lade ballonen, f.eks. ved at gnide den mod sit hår, og så lave nogle små sæbeboble lige under ballonen. Ballonen vil nu trække sæbeboblerne op mod sig. Se det f.eks. i denne film. Hvis man påpasseligt justerer afstanden mellem ballonen og boblerne, så vil man kunne få boblerne til at stå stille i luften under ballonen.

Boblen tiltrækkes af et elektrisk felt pga. vandets polaritet (se nærmere forklaring: Overfladespænding). I et elektrisk felt vil alle vandmolekyler i sæbeboblen blive ensrettet så den pol der bliver tiltrukket af feltet, vender sig ind mod dette felt mens den anden pol vender væk fra feltet. Når man lader en ballon med statisk elektricitet ved at gnide den mod sit hår, vil ballonen trække elektroner fra hårspidserne til sig og altså blive negativt elektrisk ladet. Vandmolekyler i nærheden af ballonen vil vende sig med deres positive pol ind mod ballonen og deres negative pol væk fra ballonen. Den negative pol bliver frastødt af ballonen, mens den positive tiltrækkes. Da de positive poler er lidt tættere på ballonen end de negative på grund af molekylernes ensretning, vil tiltrækningskraften være større end frastødningen.

 Ballon trækker i boble

En ballon som er ladet med statisk elektricitet, tiltrækker vandmolekylerne i en sæbeboble. Vandmolekylerne er polære, og deres positive pol trækkes ind mod den negativt ladede ballon. Derfor tiltrækker ballen sæbeboblen.

Hvis man både lader sæbeboblen og ballonen med elektroner, så vil sæbeboblen blive frastødt af ballon. Dette kan bruges til at få sæbeboblen til at svæve. Det kan man se i denne film.