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Gewöhnlich werden Seifenblasen von Kindern als Spielzeug benutzt, aber ihre Verwendung in künstlerischen Auftritten zeigt, wie faszinierend sie auch für Erwachsene sein können.
Weiterhin helfen Seifenblasen beim Lösen komplexer räumlicher Probleme in der Mathematik, da sie jederzeit die kleinste Oberfläche zwischen Punkten und Kanten bilden.
Aufbau
Seifenblasen bestehen aus einem dünnen (dipolarem) Wasserfilm, an dem sich innen und außen Seifenmoleküle (RCOO-) anlagern mit einer dem Wasser zugewandten polaren, hydrophilen COO- Gruppe und einem dem Wasser abgewandten unpolarem, hydrophobemRestRest.
Der Aufbau ähnelt denen von Biomembranen, jedoch befindet sich bei Seifenblasen das Wasser innerhalb der Membran, nicht außerhalb.
Physikalische Grundlagen
Oberflächenspannung
Das Bilden von Seifenblasen ist möglich, da die Oberfläche einer Flüssigkeit – in diesem Falle Wassers – eine gewisse Oberflächenspannung besitzt, die zu einem elastischen Verhalten der Oberfläche führt.
Häufig wird angenommen, dass die Seife nötig ist um die Oberflächenspannung des Wassers zu vergrößern. Das Gegenteil ist jedoch der Fall: Die Oberflächenspannung des Seifenwassers ist nur etwa ein Drittel so groß wie die Wassers. Seifenblasen mit reinem Wasser zu machen ist so schwierig, weil die Oberflächenspannung zu hoch ist, wodurch die Blase sofort zerplatzt. Zusätzlich verlangsamt die Seife die Verdunstung, so dass die Blasen länger halten.
Kugelform
Die Oberflächenspannung ist ebenfalls der Grund für die kugelförmige Gestalt der Seifenblasen. Sie zwingt die Blase in diese Form, da eine Kugel immer die kleinstmögliche Oberfläche eines bestimmten Volumens hat.
Ohne Schwerkraft würden alle Blasen, zum Beispiel auch Wassertropfen, kugelförmig sein. Der Schwerkraft ausgesetzt nehmen sie jedoch eine eher konische Form an. Da das Eigengewicht von Seifenblasen jedoch so gering ist, ist die Wirkung der Schwerkraft minimal und die Seifenblase kann eine - fast - perfekte Kugel formen.
Beim Zusammentreffen mehrerer Seifenblasen sind alle Winkel gleichgroß. Verbinden sich zum Beispiel drei Blasen hat jede einen Winkel von 120 ° bezüglich der anderen Seifenblasen. Hierbei ist die Oberfläche gleichfalls minimal, was auch der Grund dafür ist, dass Bienenwaben den selben Winkel verwenden, somit Sechsecke werden.
Hätte eine Seifenblase überall die gleiche Wandstärke, so wäre sie einfarbig. Da die Flüssigkeit jedoch durch Gravitation nach unten gezogen wird und dadurch ständig in Bewegung ist, kann man meist bewegte Farbbänder beobachten.
Ein Beispiel: Schon 1884 wurde von Hermann Amandus Schwarz bewiesen, dass eine kugelförmige Seifenblase die kleinstmögliche Oberfläche eines bestimmten Luftvolumens besitzt. Jedoch erst im Jahr 2000 gelang es Professor Joel Hass und Roger Schlafly zu beweisen, dass zwei verbundene Seifenblasen die kleinstmögliche Oberfläche zweier umschlossener Luftvolumen haben, auch das Doppel-Blasen-Theorem (Double Bubble Theorem) genannt.
Mehrere verbundene Seifenblasen
Wenn zwei Seifenblasen aufeinandertreffen, wirken die selben Prinzipien weiterhin und die Blasen nehmen die Form mit der kleinsten Oberfläche an. Ihre gemeinsame Wand wölbt sich in die größere Blase hinein, da eine kleinere Seifenblase einen höheren Innendruck besitzt. Wenn beide Seifenblasen gleichgroß sind, entsteht keine Wölbung und die Trennwand ist flach.
Aufeinandertreffen mehrerer SeifenblasenInterferenz und Reflexion
Die schillernden Farben entstehen durch Interferenz von Lichtwellen. Da die Wand einer Seifenblase eine gewisse Dicke hat, wird einfallendes Licht zweimal reflektiert - einmal an jeder Seite der Wand. Lichtstrahlen, die an der Innenseite der Wand reflektiert werden, legen einen leicht längeren Weg zurück, so dass die Lichtstrahlen nicht mehr synchron miteinander sind. Dies führt zu Interferenz, das heisst zu einer Auslöschung bestimmter Wellenlängen. Verschiedene Wandstärken bewirken verschiedene Farbschattierungen, wodurch eine Farbänderung beobachtet werden kann während die Seifenblase durch Verdunstung ausdünnt. Ist die Wand der Seifenblase dicker, werden mehr rote Lichtwellen ausgelöscht, wodurch eine blau-grüne Färbung verursacht wird. Mit abnehmender Dicke werden mehr gelbe Lichtwellen ausgelöscht (dies erzeugt eine bläuliche Farbe), dann grüne Lichtwellen (erzeugt Magenta), dann blaue Lichtwellen (erzeugt Gelb). Letztlich, wenn die Dicke der Wand kleiner ist als die Hälfte der kleinsten Wellenlänge sichtbaren Lichts, löschen sich keine sichtbaren Lichtwellen gegenseitig aus und es können keine Komplementärfarben mehr beobachtet werden. In diesem Zustand ist die Seifenblasenwand dünner als zwei Zehntausendstel eines Millimeters – und wird wahrscheinlich im nächsten Moment zerplatzen.Wie man Seifenblasen macht
Am einfachsten ist es sicher, eine kommerzielle Seifenblasenlösung zu benutzen oder einfach etwas Spülmittel in Wasser zu lösen. Letzteres funktioniert aber wahrscheinlich nicht so gut wie erwartet, denn es sind einige Tricks nötig um eine gute Seifenblasenlösung herzustellen.Zutaten
Verfahren
Seifenblasenringe
Am einfachsten ist es, Plastikringe zu benutzen die zusammen mit kommerziellen Seifenblasenlösungen vertrieben werden. Da die Größe der Blasen jedoch vom Durchmesser des Ringes abhängig ist, ist es möglicherweise notwendig selbst einen Ring herzustellen.
Im Allgemeinen funktioniert jeder geschlossene Ring, zum Beispiel ein Draht, der zu einer ringförmigen Schleife gebogen wird. Der Draht sollte hierbei stark genug sein, um einen stabilen Ring zu erhalten. Bessere Ergebnisse erhält man, indem man den Draht mit Mullbinden oder Bindfaden umwickelt, so dass das Seifenwasser besser daran haften kann.Beispielrezepte
Verwendung
Shows
Seifenblasenshows verbinden Unterhaltung mit künstlerischer Leistung. Hohe Kunstfertigkeit ist dafür ebenso vonnöten wie perfekte Seifenblasenlösungen.
Beispiel üblicher Darbietungen:
Seifenblasen in der Mathematik
Ein Seifenfilm formt eine natürliche Minimalfläche. Minimalflächen sind seit etwa 15 Jahren Gegenstand intensiver Forschung.Weblinks