בועת סבון

בועת סבון היא גוף חלול העשוי משכבה דקה מאוד של מי סבון. לרוב בועות סבון שורדות זמן קצר, לפני שהן מתפוצצות, בין אם בעצמן או בגלל מגע עם חפץ אחר. ילדים מרבים לשחק עם הבועות, אך מיצגים אמנותיים הראו שגם מבוגרים מתעניינים בהן.בועות סבון מהוות המחשה פיזיקלית לבעיה מתמטית מורכבת בנושא מינימום שטח פנים.

מתח הפנים

בועות יכולות להתקיים מכיוון שלשכבת הפנים של נוזל, (במקרה של בועות סבון, בדרך כלל מים) יש מתח פנים מסוים, אשר גורם לה להתנהג כיריעה אלסטית. למרות זאת, בועה המורכבת מנוזל בלבד איננה יציבה ולכן היא זקוקה לחומר כגון סבון כדי להתקיים. טעות נפוצה היא שהסבון מעלה את מתח הפנים שבמים - ההפך הוא הנכון: סבון מוריד את מתח הפנים של המים. למים שהומס בהם סבון יש בערך שליש ממתח הפנים של מים ללא סבון. סבון איננו "מחזק" בועות, הוא מייצב אותן. כשהסבון נמתח ריכוזו הולך ופוחת, מה שגורם למתח הפנים לעלות. כך מחזק הסבון את החלקים החלשים ביותר של הבועה, ומונע מהם מלהימתח עוד. בנוסף מונע הסבון התאיידות וכך מאפשר לבועה לשרוד מעט יותר זמן.
צורת הפנים הכדורית של הבועה נגרמת גם היא ממתח הפנים. המתח גורם לבועה ליצור כדור, שכן לכדורים יש את שטח הפנים הקטן ביותר עבור נפח נתון. צורת הכדור אמנם מושפעת מהאוויר, אבל בהנחה שהבועה מרחפת כשלעצמה במקום חסר רוח, היא תשמור על צורה קרובה מאוד לכדור, בעיקר בשל משקלה הנמוך.

קיפאון

בועת סבון המופרחות באוויר בטמפרטורה של פחות ממינוס 15 מעלות צלזיוס תקפא כשתיגע בקרקע. אז יפעפע האוויר שבתוך הבועה החוצה לאטו עד שהיא תקרוס תחת משקלה.
בועת סבון המופרחת באוויר בטמפרטורה של פחות ממינוס 25 מעלות צלזיוס תקפא עוד באוויר, ועלולה להתנפץ כשתפגע בקרקע. בטמפרטורה הזו, בועה מופרחת כשהיא מלאה באוויר חם, ולכן בהתחלה תקפא ככדור כמעט מושלם, אך ככל שהאוויר יתקרר ובכך יקטן בנפחו יתחילו חלקים מהבועה לקרוס. בועה שמופרחת בטמפרטורה כזו תמיד תהיה קטנה יחסית בגודלה. היא תקפא מהר, וניסיון להמשיך ולנפח אותה יוביל לניפוצה.

איחוד

כששתי בועות מתאחדות פועל אותו עיקרון פיזיקלי והבועות יתפסו את הצורה בעלת שטח הפנים הקטן ביותר. המשטח המשותף ביניהן ישתנה כדי להתאים לצורת הכדור של הבועה הגדולה מבין השתיים, והבועה הקטנה תהפוך לכעין בליטה. זאת מכיוון שלבועות קטנות יותר לחץ פנימי גבוה יותר. אם הבועות שוות בגודלן יהיה המשטח ביניהן מישורי.
במקרה שבו מתאחדות שלוש בועות הן מסתדרות בזווית של 120° אחת מהשנייה. זוהי הבחירה היעילה ביותר, וזו גם הסיבה שדבורים משתמשות גם הן בזווית 120° ובכך יוצרות משושים משוכללים בכוורותיהן.
בנקודה אחת עשויות להיפגש ארבע בועות לכל היותר, והזווית בין כל הקווים שבהם נפגשות שלוש בועות היא 109.47°.

היבטים מתמטיים של התופעה

בועות סבון הן ההתגלמות הפיזית של בעיית מינימום שטח הפנים של נפח נתון, שהיא בעיה מתמטית מסובכת. אף על פי שכבר מ-1884 ידוע שבועה היא הדרך לעטוף נפח נתון בשטח הפנים הקטן ביותר, רק בשנת 2000 הוכיחה קבוצת מדענים ששתי בועות מאוחדות הן הדרך לעטוף שני נפחים בשטח פנים הקטן ביותר.
בועות סבון שואפות להקטין את שטח הפנים שלהן, ולכן הצורה המושלמת עבור בועה, היא כדור, כיוון שלו שטח הפנים המינימלי עבור נפח נתון. עם זאת, כשמספר רב של בועות נמצא יחד, לדוגמה בקצף, יש להן צורות מורכבות הרבה יותר.

אופן הכנת בועות הסבון

הדרך הקלה ביותר ליצור בועות סבון היא באמצעות קניית נוזל בועות מסחרי (המשווק כצעצוע), או על ידי ערבוב מעט מסבון מדיח הכלים במים (אך שיטה זו אינה עובדת טוב במיוחד). ישנן מספר שיטות לשפר את נוסחאות נוזל הבועות הביתי, כדי להפוך אותו ליעיל יותר:

מפריח הבועות

מפריח הבועות קל גם הוא להכנה וניתן לקנותו יחד עם נוזל בועות בחנות צעצועים. הדרך הקלה ביותר להכין מפריח בועות שימושי היא ללפף חוט מתכת ולעטוף את החלק המרכזי שלו בתחבושות או בחוטים כדי שהסבון יידבק ביתר קלות. ניתן גם להשתמש במקטרת בועות, מכשיר בצורת מקטרת עישון שיש לנשוף לתוכו, והבועות מופרחות מהפתח ממנו יוצא עשן במקטרת רגילה.

מפריחי הבועות כצעצועים

האזכור הראשון שנמצא לבועות כמשחק הוא בציורים פלמים מהמאה ה-17 שבהם נראים ילדים מפריחים בועות באמצעות מקטרות מחרס. חברה משיקגו בשם צמוטוי החלה למכור נוזל בועות כצעצוע ב-1940, והאופנה לא חלפה מאז. אין ספק כי המוצר כצעצוע בימינו, מצליח ביותר.

מיצגים אומנותיים

הופעות של בועות סבון משלבות בידור עם הישגים אומנותיים. אמנים מסוימים יוצרים בועות שעוטפות חפצים ענקיים, אפילו אנשים. אחרים מצליחים לייצר בועות בצורת קוביות, משולשים ופסלים, וזאת לרוב בעקבות הוספת מרכיבים שונים למי הסבון שמהם מיוצרות הבועות. בדרך כלל מטופלות הבועות בידיים. כדי להוסיף לאפקט הוויזואלי מוסיפים להן לפעמים עשן או הליום, המשולב עם לייזר ועם אש. אפשר למלא בועות בחומר דליק ואז להציתן, אף על פי שפעולה כזו הורסת את הבועה.