В детстве мы все любили пускать мыльные пузыри. А многие не забросили это занятие и став взрослыми. Проводятся даже чемпионаты мира по «пузырению». У пузырей есть только один недостаток — они довольно однообразной формы, сферические или эллипсоидные. Поэтому мы решили выдуть кубический пузырь. Как ни странно, это возможно.

Мыльная пленка Интересно, что мыльная пленка — это тонкий слой воды, заключенный между слоями молекул мыла. Эти молекулы имеют гидрофильную «головку» игид-рофобный «хвост». Соответственно, гидрофильная часть молекул обращена к воде, а гидрофобная — наружу, к воздуху. Мыльные слои удерживают воду, защищая ее от испарения и снижая поверхностное натяжение.

Благодаря поверхностному натяжению мыльный пузырь при выдувании принимает наиболее «комфортную» для него форму — сферическую, поскольку она имеет наименьшую площадь поверхности при данном объеме. Если пузырь достаточно велик, то форма может колебаться, пузырь вытягивается в эллипсоид. Но граней у пузыря быть не может — не так ли? На самом деле природу можно обмануть. Если задать пузырю искусственные рамки, он будет вынужден принять ту форму, которую ему навязывают. Но с помощью чего это сделать? Ведь при прикосновении пузырь, скорее всего, лопнет! Ответ прост: с помощью других мыльных пленок.

Что потребуется для опыта?

Во-первых, нам нужен каркас куба. Мы сделали его из конструктора Zometool, о котором рассказывали в"ПМ" №1'2013. Получилась фигура с ребром 125 мм, собранная из 12 длинных планок и 8 соединительных шариков. Чем больше куб, тем проще сделать опыт и тем эффектнее он выглядит. Во‑вторых, нужна жидкость для генератора мыльных пузырей, причем куб должен быть погружен внее полностью. Нам понадобилось целых 10 л и аквариум. Более скромный куб и более эргономичная емкость потребуют меньше жидкости. Ее можно сделать самостоятельно из воды, средства для мытья посуды и глицерина. Еще потребуется трубочка для коктейля — и всё.

Как получить кубический пузырь?

Когда мы погружаем каркас куба в жидкость для генератора пузырей и извлекаем его, мыльная пленка не формирует пузырь, а натягивается между ребрами. Существует несколько конфигураций натяжения, первая исамая естественная — формирование мыльных граней. Если такой куб с мыльными гранями потрясти, то две грани рано или поздно соприкоснутся — и тогда образуется новая фигура, следующая все тому же закону поверхностного натяжения: она будет стремиться к тому, чтобы все поверхности занимали минимальную площадь.

Обратите внимание: посреди фигуры получилась небольшая прямоугольная «грань». Теперь окунаем трубочку для коктейля в раствор и вдуваем пузырь прямо в эту «грань». Слившись с ней, пузырь «вольется» в систему, но при этом будет иметь… кубическую форму, потому что мыльные пленки, соединенные с ребрами куба, его растягивают, искусственно придавая неестественную форму.

А суммарно вся получившаяся фигура, включая ребра каркаса и мыльные пленки, будет представлять собой трехмерную проекцию четырехмерного куба — тессеракта!

Статья «Пузырь в кубе, или мыльный тессеракт» опубликована в журнале «Популярная механика» (№1, Январь 2014).