泡沫世界

策划/ 本刊编辑部

统筹/ 谢 飞

在太空授课中，有这么一段视频：神舟十号上的女航天员王亚平，往水球中吹气泡。而吹入水球中的气泡并不像在地球上那样从水中冒出、破裂，而是慢慢变大、变圆，停留在生成的地方。这是多么神奇的一幕啊！

其实，日常生活中的“泡沫”现象也很神奇：碳酸饮料中的泡沫会喷出来；肥皂的泡沫上会看到绚丽的图案；啤酒的泡沫会带来不一样的风味；潜水员如果上潜太快，身体中也会释放出来小气泡……

泡沫如此神奇，下面就让我们一起进入泡沫的世界吧。

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泡沫的形状并不是我们经常认为的圆形。当很多气泡聚集在一起时，会相互作用而变形。例如同样大小的气泡排列在一个单层平面的时候，就会变成蜂巢似的，每个气泡周边都是正六边形，以保持同样的内部容积，表面积最小。如果在立体空间里，则会形成大小不一的多面体。

容易被人忽视的固体泡沫

在日常生活中我们可以看见各种各样的泡沫，比如肥皂泡、发泡奶油、汽水泡沫、啤酒泡沫等。但是，泡沫到底是怎么样的一个世界呢？

泡沫，是聚在一起的许多小气泡的总称。既有像碳酸饮料中的气泡那样，被关闭在液体中，也有像肥皂泡那种漂浮在水面上，还有像泡沫灭火器喷出来的那样，是很多气泡的集合。

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一般来说，单个存在的叫气泡，气泡的集合体就是泡沫。人多力量大，对于泡沫来说也是一样的。因为很多气泡集合在一起时，比单个气泡能持续的时间要长。

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小气孔的存在，令面包吃起来更加松软

生活中，其实还有一种泡沫容易被忽视掉，那就是固体泡沫。自然界中的固体泡沫，如海绵、骨头，还有火山造就的浮石等；人工制造的固体泡沫，比如泡沫塑料和发泡水泥等。又如我们平时吃的面包、蛋糕、发面馒头，这些食品内部也有很多小气泡存在呢，所以吃起来才软软的。

发泡水泥，是通过将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经模具成型，再自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土质量降低，而且还有保温隔热的效果。

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复合发泡水泥外墙保温板

碳酸饮料中的泡沫

相对于固体泡沫，同学们对碳酸饮料中的泡沫要熟悉得多。

不管是令很多人喜欢的可乐，还是普通的碳酸饮料，只要被轻轻地一摇，就会产生非常多的气泡。有时在打开瓶盖的一瞬间，也会喷射出一些泡沫来。

泡沫是怎么藏身在碳酸饮料中的呢？碳酸饮料中的泡沫，和压强有关。碳酸饮料瓶里的压强一般是大气压强的好几倍，这也是为什么你用手去捏装有可乐的塑料瓶，感觉硬邦邦的原因。在高压下，会有更多的二氧化碳溶解在液体中。当瓶盖被开启后，容器中的压强突然下降到与大气压强一样。这时，溶解在液体中的二氧化碳就会大量释放出来，于是产生了许多泡沫。

瓶盖拧开后出现泡沫的原因

碳酸饮料的容器中，压强很大，大量二氧化碳溶解在液体内。当打开瓶盖时，容器内的压强下降，液体内能容纳的气体量就减少了（亨利定律）。结果，原来多溶解的二氧化碳就变成了气泡释放出来。

泡沫与压强之间的示意图

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亨利定律的意思是：某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。即某种气体所处的压强越大，溶于液体的量也会越大，而这种气体的压强下降时，它溶于该液体的量也会下降。

气压与潜水病

像这种因为气压的减小，使液体中的气体释放出来的现象，在潜水运动时要特别注意。

潜水员背着氧气瓶（瓶内的气体主要是氧气和氮气）潜到海底深处，水越深，压强越大。随着压力增大，人体的血液中就会溶入更多的氧气和氮气（氮气是空气的主要成分）。通常，人体是不需要氮气的，所以它会随着呼吸排出体外。但是，如果潜水员急速上浮，体外压强下降太快时，那么氮气会从血液中快速释放出来，这样就来不及排出体外，而是在血管内会形成大量气泡。这种气泡会堵塞血管，使某些器官缺血、心脏无法正常工作，从而对人体产生伤害，严重者甚至会死亡。这种情况被称为潜水病或者减压症。为了减少潜水病的风险，潜水员返回水面的速度要严格控制，绝不能太快。

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太空舱中的气泡会是什么样？

如果仔细观察碳酸饮料或者啤酒中泡沫生成的过程，会看到气泡首先在瓶底或器壁生成，开始时气泡都比较小，然后渐渐变大，浮力也一点点增加。随后它们脱离瓶底和器壁上浮，而且上升的速度越来越快，气泡也越来越大。这样从瓶底开始，会出现一串串上升的很美的气泡。如果瓶口压强突然减小，或瓶子受到摇摆、撞击，气泡将大量生成，最后快速生成泡沫涌出瓶口。如果在太空舱里，泡沫会是什么样呢？

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香槟中的一串串气泡

在太空舱里，没有重力的作用，在液体中生长的气泡不会上升，只会就地成长，在容器内变成很大的气泡。因为气泡很多很大，如果容器空间装不下，液体就会带着气泡一起溢出来。同学们可以思考一下，这时溢出来的液体会是什么样的状态呢？如果宇航员把可乐带到了太空，会发生什么情况呢？

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神舟十号上的女航天员王亚平正在太空舱中往水球中吹气泡。在太空中，水膜随着加水量的增加，慢慢变成水球，而在水球中吹入的气泡，也会停留在生成的地方。

表面活性剂与气泡

啤酒的气泡相比其他碳酸饮料而言是比较稳定的，且丰富而持久。普通饮料生成的气泡，很快就会消失，而啤酒的气泡升到液面会越积越多，形成泡沫然后再慢慢消失。

这是因为啤酒是用麦芽发酵生产的，麦芽中含有很多蛋白质，这些蛋白质在啤酒中起到了“表面活性剂”的作用，使啤酒产生的泡沫能比较持久地存在。而泡沫的存在，也让啤酒的口感更好。

表面活性剂能增大液体的表面张力，使气泡表面更结实、更稳定、持续时间更长。

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啤酒形成的泡沫比较稳定

洗涤是否一定要有泡沫？

不管是肥皂、洗衣粉还是洗涤剂，都很容易产生泡沫。那么，泡沫和清洁能力之间有什么关系吗？

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洗涤用品中都含有表面活性剂，这是因为要提高去污效果。衣服上最难洗掉的脏物是油污，因为油很难溶于水中，所以如何在水中将油污洗涤下来是去污的关键。在这里有3 种方法：1. 用力揉搓；2. 调高水温使其溶解；3. 使用表面活性剂。

一般的情况下，因为油和水是不相溶的，所以第一种方法效果不好，第二种方法有一定效果，但也并不理想；第三种方法最好。这是因为表面活性剂分子上，既有“亲水基”又有“疏水基”，就像一根小木棒的两头，一头能浸泡在水里（亲水基），一头能沾满油污（疏水基）。这样，就可以把衣物上的油性污渍溶解到泡沫或肥皂水中了。这个效果基本上与泡沫无关。这里的表面活性剂更像是运输公司，能把油污搬到水里。

啤酒泡沫很怕油

表面活性剂会提高液体的表面张力，使气泡膜更结实，但是这种效果很容易被破坏。对于啤酒的泡沫来说油是大敌，如果沾了油的嘴接触到啤酒时，会感觉到啤酒的泡沫迅速消失。这是因为啤酒中的表面活性剂（麦芽带来的蛋白质等）的作用被油破坏了。

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晶莹剔透的啤酒泡沫

气泡破裂——瞬间的美丽

浮出水面的气泡，裂开后就会消失。裂开的瞬间，会有微小液滴喷出。这种感受在喝碳酸饮料时会更强烈。我们在吹肥皂泡时，在肥皂泡破开的瞬间，也能感到液滴的溅落。可是气泡是怎么破裂的呢？如果能有个慢动作回放，那就太棒了。

英国摄影师理查德·希克斯多年来专注拍摄肥皂泡。在他的作品中，我们能欣喜地看到肥皂泡的一生。他经常把倒映在肥皂泡中的景象拍摄得非常漂亮，而光线在气泡表面折射形成的色彩也绚烂无比。最有技术含量的还是他用一部普通数码单反相机拍摄出高速相机的效果，将肥皂泡破灭的整个过程都拍摄下来。

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正在给肥皂泡摄影的理查德

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肥皂泡在太阳光的照射下，折射出多样色彩

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肥皂泡刚刚破灭的瞬间

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破灭过程中

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剩下最后一小块球面

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最后，气泡变成无数小水滴

别样词解：

泡沫，也用来比喻某一事物表面上繁荣、兴旺，而实际上存在着很大虚浮不实的成分。如泡沫经济、房地产泡沫等。