Seifenblase
Eine Seifenblase ist ein dünner Film Seifenwasser, der eine hohle Kugel mit schillernder Oberfläche formt. Seifenblasen halten gewöhnlich nur für wenige Momente und zerplatzen dann entweder von allein oder bei der Berührung mit einem anderen Objekt. Wegen ihrer Vergänglichkeit wurden sie außerdem zu einem Synonym für etwas, das zwar anziehend aber dennoch inhaltslos ist.
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 unpolaren, hydrophoben Rest. Der Aufbau ähnelt denen von Biomembranen, jedoch befindet sich bei Seifenblasen das Wasser innerhalb der Membran, nicht außerhalb.
Physikalische Grundlagen
Oberflächenspannung
Die Erzeugung von Seifenblasen ist möglich, da die Oberfläche einer Flüssigkeit – in diesem Falle des 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 des 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. Durch Minimierung der Oberfläche zwingt sie die Blase in diese Form, da von allen möglichen Formen zu einem gegebenen Volumen die Kugel die kleinste Oberfläche aufweist. Ohne äußere Kräfte (insbesondere Schwerkraft in Kombination mit Luftreibung) würden alle Blasen ideale Kugelform besitzen. Aufgrund des geringen Eigengewichts von Seifenblasen, kommen sie diesem Ideal auch in der Realität sehr nahe – im Unterschied zu Regentropfen, die beim Fall eine signifikante Abplattung erfahren.
Mehrere verbundene Seifenblasen
Wenn zwei Seifenblasen aufeinander treffen, 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.
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.
Interferenz 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.
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.
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, da einige Tricks nötig sind, um eine gute Seifenblasenlösung herzustellen.
Zutaten
- Die Oberflächenspannung des Wassers verringern: Spülmittel, Flüssigseife oder Babyshampoo. Möglicherweise funktionieren teurere oder reinere Spülmittel, die kein Parfüm oder andere Zusatzstoffe enthalten, besser.
- Die Mischung verdicken: Am üblichsten wird zu diesem Zweck Glyzerin verwendet (erhältlich in Apotheken), welches die Blasen zusätzlich bunter macht. Zucker, Puderzucker oder Maissirup haben einen ähnlichen Effekt. Es könnte vorteilhaft sein, den Zucker in heißem Wasser aufzulösen. Weil die Seifenlösung allerdings auch zu dick werden kann, ist es wichtig, nicht zu viel dieser Verdickungsmittel hinzuzufügen.
- Destilliertes Wasser: Da Leitungswasser Kalk enthält, und Kalk Seife bindet, eignet sich destilliertes Wasser besser.
Verfahren
- Lässt man die Seife über Nacht in einem offenen Behälter stehen, wird die Lösung ebenfalls verdickt. Hier gilt jedoch ebenso, dass die Flüssigkeit nicht zu dick werden darf.
- Blasen oder Schaum auf der Seifenlösung sollte durch vorsichtiges Rühren, Abschöpfen oder Warten umgangen werden.
- Erfolg beim Seifenblasenmachen ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Jedes Spülmittel ist verschieden, und zusätzlich spielen mehrere Umweltfaktoren eine Rolle. Zum Beispiel ist staubige Luft von Nachteil, ebenso Wind. Außerdem ist feuchte Luft vorteilhaft, was zur Folge hat, dass regnerische Tage die besten Tage für Seifenblasen sind. Wiederholte Versuche sind wahrscheinlich nötig.
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
- Allgemeines Rezept: 2/3 Tasse Spülmittel, 1 Gallone Wasser (etwa 3,8 l), 2-3 EL Glyzerin
- Zweites allgemeines Rezept: 100 g Zucker, 2-3 EL Salz, 1,4 l Wasser, am besten destilliert, 150 ml Spülmittel, 12 ml Glyzerin
- Riesenblasen: 1L Wasser, 500 g Zucker, 750 g Hakawerk-Neutralseife, 25 g Tapetenkleister (mit Methylcellulose). Das Wasser aufkochen und mit dem Zucker vermischen, bis er sich aufgelöst hat. Wenn das Zuckerwasser lauwarm wird, geben wir Neutralseife und Tapetenkleister dazu. 24 Stunden stehen lassen. Dann 9 Liter Wasser hinzufügen und umrühren. Blumentopf-Untersätze oder Plastikbecken füllen.
- Für dauerhaftere Blasen: 1/3 kommerzielle Seifenblasenlösung, 1/3 Wasser, 1/3 Glyzerin
- Seifenblasen ohne Tränen: 60 ml Babyshampoo, 200 ml Wasser, 3 EL Maissirup
Verwendung
Shows
Seifenblasenshows verbinden Unterhaltung mit künstlerischer Leistung. Hohe Kunstfertigkeit ist dafür ebenso vonnöten wie perfekte Seifenblasenlösungen.
Beispiel üblicher Darbietungen:
- Riesige Seifenblasen, die oftmals Gegenstände oder Menschen umfassen
- Handhaben der Seifenblasen mit bloßen Händen
- Eckige Seifenblasen in der Form von Würfeln, Tetraedern, usw.
- Verbinden von mehreren Blasen zu komplexeren Strukturen oder Skulpturen
- Optisch ansprechende Effekte, zum Beispiel rauchgefüllte Blasen oder Verwendung von Laserlicht
- Heliumgefüllte Seifenblasen die aufwärts schweben
- Verbindung von Seifenblasen und Feuer
Seifenblasen in der Mathematik
Ein Seifenfilm formt eine natürliche Minimalfläche. Minimalflächen stehen schon seit dem 19. Jahrhundert im Blickpunkt mathematischer Forschung. Ein wesentlicher Beitrag dazu waren die Experimente des belgischen Physikers Joseph Plateau, (siehe auch Plateau Problem).
Ein Beispiel: Schon 1884 wurde von Hermann Amandus Schwarz bewiesen, dass eine kugelförmige Seifenblase die kleinstmögliche Oberfläche eines bestimmten Luftvolumens besitzt. Jedoch erst in den letzten Jahrzehnten wurde mit Hilfe der geometrischen Maßtheorie eine angemessene Sprache für solche Probleme gefunden. 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.
Weblinks
- Eine Vielzahl von Rezepten für Seifenblasen kann mit Hilfe von Internet-Suchmaschinen gefunden werden
- Experimente: http://www.science-days.de/exp/04-99/04-99ex.htm
- Der Doppel-Blasen-Beweis ist hier auf englisch zu finden: http://www.ugr.es/~ritore/bubble/bubble.htm
- Hobbythek-Tipps - Rezepte und mehr: http://www.hobbythek.de/dyn/16570.phtml
- Seifenblasen Kinderbuch: http://kinderbuch.twoday.net
