凍結肥皂泡的「雪景球效應」，科學解釋看這裡

你很可能在YouTube網站上看到過這樣一個「魔性」視頻：凍結的肥皂泡像雪花一樣在雪景球中飛舞。實際上，這種驚人的效果源於一種常見的流體力學現象。zmescience.com網站6月18日報道，美國弗吉尼亞理工大學的研究人員在最近出版的《自然》雜誌中對雪景球中飛舞的冰凍肥皂泡進行了解密。他們在實驗室中重現了「雪景球效應」，並用高速攝像機對肥皂泡的情況進行了全程監控。

通常情況下，室外溫度低至冰點，水坑裡面的水會從溫度最低的地方開始結晶（即水坑接觸到冰雪的部分），新形成的冰逐漸凍結其附近的水分子，並最終形成凍結的水坑。然而，如果在低溫容器中凍結肥皂泡，情況就完全不同了。最初，肥皂泡的凍結符合一般情況。隨後，肥皂泡表面很快就遍布數百條「凍結鋒」，凍結鋒在肥皂泡表面隨機出現，甚至會移動，從而導致「雪景球效應」的產生。

研究人員在實驗中發現了兩種不同的凍結方式。第一種是研究人員在冷凍室的低溫環境下，將大量肥皂泡冷卻到零下20攝氏度時發現的——這種絢麗的肥皂泡結晶現象與流體力學中的馬朗格尼效應（Marangoni flow）有關：當流體需要從低表面張力區域流向高表面張力區域，或者在界面處由高溫區域流向低溫區域時就會產生馬朗格尼效應。肥皂泡凍結時，氣泡中仍是液體的部分開始移動，並在移動過程中「攪動」冰晶。每個冰晶都會導致局部凍結，從而加速肥皂泡的凍結過程。

第二種肥皂泡凍結方式是在室溫下記錄的。研究人員將肥皂泡吹向冰塊，隨後發生的事情就與前面的情景大不相同了。肥皂泡與冰接觸的部分凍結了，剩下部分則保持液態。隨後，半液體半凍結的肥皂泡就在室內的暖空氣中漂浮起來了。隨著空氣從冰封的肥皂泡中滲出，肥皂泡就破裂了。

儘管對大多數讀者來說，現在還是炎熱的夏天，但在下次下雪時完全可以自己試試動手製造類似「雪景球效應」的效果。讀者們需要的只是肥皂等簡單物品和豐富的想像力。如果讀者想嘗試其他很酷的馬朗格尼效應實驗，可以嘗試這樣一個簡單操作：下雪天，將牛奶（脂肪含量較高的更好）和食用色素倒進淺底容器中，然後滴加一滴肥皂液或酒精，接下來就等待炫酷場面的出現吧。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：alone

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！