シャボン玉が異様に大きくなる謎が解明される

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  • シャボン玉を大きく作るためには「ポリマー」が必要
  • ポリマーの長い分子の鎖が互いに絡み合うことによって、シャボン玉の膜は強くなる
  • 分子サイズが異なるポリマーはより絡み合いやすく、泡を強力にする

虹色に輝くシャボン玉には誰もが心をくすぐられるものです。

シャボン玉の虹色効果は、膜の厚さがほんの数マイクロメートルに匹敵することを表わしています。

それほど薄いシャボン玉でも、自動車を包み込むほどの大きさを維持できるのはどうしてでしょうか?

米国エモリー大学の物理学准教授ジャスティン・バートン氏らの研究チームは、シャボン玉を巨大にできる秘密を解明。異なる分子サイズのポリマーが混合されることにより、シャボン玉は強度を増すことが分かったのです。

この発見は、流体力学上の様々な分野への応用が期待されています。

研究の詳細は、1月29日「Physical Review Fluids」誌に掲載されました。

巨大シャボン玉の秘密を探る

Credit: Justin Burton

研究チームが見つけた最高のシャボン玉は、潤滑油などに含まれるポリマーと水と石鹸の混合液によってつくられたものでした。

研究者たちはこれらの素材がどうしてシャボン玉の強度を増すのか解明するために、シャボン玉の作成と破裂に関して、プロセスの速度と力学を記録しました。

また、シャボン玉レシピのポリマー分子量を調べたり、シャボン玉液が地面に垂れるときに作る糸の長さを測定したりして強度の秘密を分析しました。

これらの測定の結果、巨大なシャボン玉になる秘密は「ポリマー」であることが判明したのです。

分子サイズの異なるポリマーは泡を強くする

Credit: Justin Burton

ポリマーとは、複数の分子が鎖のように構成された化合物のことです。

一般的には、食品の添加物と知られているグアーガム、医薬品等で使用されている潤滑剤、工業用ポリエチレングリコール(PEO)などが知られています。

ポリマーの長い繊維同士が互いに絡み合うことで毛玉のようになり、分解しづらくさせていたのです。

ポリマーが適切に組み合わされるなら、石鹸膜は粘性と伸縮性を合わせ持つようになり、大きなシャボン玉でも壊れなくなります。

また、研究者たちは、ポリマーの分子サイズを変えることでシャボン玉をさらに強化する方法を発見しました。

Credit: Justin Burton

この発見は偶然起こりました。

研究者たちは1年以上かけてこの研究に取り組んでいたため、当初購入したPEOは古くなっていました。

6か月経った古いPEOを使用すると、不思議なことに、新しいPEOよりも強くて大きなシャボン玉が形成されたのです。

古いPEOを調査した結果、このポリマーは時間とともに劣化して分子鎖の長さが変化していました。

劣化によってサイズがバラバラになったポリマーは、すべてが同じ長さのポリマーよりも絡み合いやすく、シャボン玉をより強化するのです。

バートン氏は、ポリマーが泡を強くする秘密について「それは基本的な物理学の発見です」と述べています。

このような流体力学は、泡の形成と分解から飛行機の空力に至るまで、地球上のいたるところで見出せます。

新たな発見を応用していくなら、産業パイプを通るオイルの流れを改善したり、川の泡沫汚染などを改善できたりするでしょう。

物理学者が本気でつくる巨大シャボン玉のレシピ

ここで、研究者たちが本気でつくった「最高のシャボン玉」レシピを紹介します。

材料

・水:1リットル

・Dawn Professional Detergent(洗剤):50ミリリットル

・グアーパウダー:2~3グラム

・消毒用アルコール:50ミリリットル

・ベーキングパウダー:2グラム

つくり方

① グアーパウダーとアルコールをかたまりができなくなるまでかき混ぜます

② ①に水を追加して10分間ゆっくりと混ぜます。

③ ②を数分間放置してグアーを水和させます。

④ 放置後、色が濃くなるまで攪拌します。

⑤ ベーキングパウダーを加えてかき混ぜます。

⑥ Dawn Professional Detergentを追加し、泡立たないようにゆっくりと攪拌します。

⑦ ひもなどで大きな輪をつくり、シャボン玉液に完全に浸した後、ゆっくりと振りあげてください。きっと大きなシャボン玉ができるでしょう。

なんでシャボン玉は丸くなるの?

reference: sciencealert,emory / written by ナゾロジー編集部
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