吹出的肥皂泡為什么先升后降

星期天，牛牛寫完了作業，閑著沒事干，便想吹肥皂泡玩。他兌好肥皂水，把塑料管浸入裝有肥皂水的小瓶子里蘸了一下，再用嘴輕輕一吹，一串一串的泡泡便從塑料管里飛了出來，五顏六色的，好看極了。他越吹越起勁，吹了一次又一次，肥皂泡也不停地冒出來，好像下起了一場肥皂泡雨。忽然，他發現了一個問題：一串串的肥皂泡總是先輕飄飄地向上升起，一會兒又慢悠悠地落下來。這是怎么回事？難道肥皂泡的質量發生了變化嗎？

牛牛去問媽媽怎么回事，媽媽想了一會兒，說：“這個……我想和熱氣球的原理一樣吧。”真是這樣嗎？我知道熱氣球能飛上天是因為燃料燃燒產生了熱空氣，可肥皂泡里有熱空氣嗎？

為了弄清楚這個問題，牛牛拿來媽媽的手機，從手機上找到了答案。

的確，日常生活中，我們常看到一些小朋友吹肥皂泡，一個個小肥皂泡從吸管中飛出，在陽光的照耀下，發出美麗的色彩。此時，小朋友們沉浸在歡樂和幸福之中，我們大人也常希望肥皂泡能飄浮于空中，形成一道美麗的風景。但我們常常是看到肥皂泡開始時上升，隨后便下降，這是為什么呢？

這個過程和現象，我們只要留心想一下，就會發現，它其中包含著豐富的物理知識。在開始的時候，肥皂泡里是從嘴里吹出的熱空氣，肥皂膜把它與外界隔開，形成里外兩個區域，里面的熱空氣溫度大于外部空氣的溫度。此時，肥皂泡內氣體的密度小于外部空氣的密度，根據阿基米德原理可知，此時肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它會上升。這個過程就跟熱氣球的原理是一樣的。

隨著上升過程的開始和時間的推移，肥皂泡內、外氣體發生熱交換，內部氣體溫度下降，因熱脹冷縮，肥皂泡體積逐步減小，它受到的外界空氣的浮力也會逐步變小，而其受到的重力不變，這樣，當重力大于浮力時，肥皂泡就會下降。

這里，我們要提到一個重要的物理學概念——浮力，所謂浮力指物體在流體（包括液體和氣體）中，各表面受流體（液體和氣體）壓力的差（合力）。

公元前245年，阿基米德發現了浮力原理。浮力的定義式為F浮=G排（即物體浮力等于物體下沉時排開液體的重力），計算可用它推導出公式F浮=ρ液gV排（ρ液：液體密度，單位千克/立方米；g：重力與質量的比值g=9.8N/kg，在粗略計算時，g可以取10N/kg，單位牛頓；V排：排開液體的體積，單位立方米）。液體的浮力也適用于氣體。

公元前245年，赫農王命令阿基米德（Archimedes）鑒定一個皇冠。赫農王給金匠一塊金子讓他做一頂純金的皇冠。做好的皇冠盡管與先前的金子一樣重，但國王還是懷疑金匠摻假了。他命令阿基米德鑒定皇冠是不是純金的，但是不允許破壞皇冠。這似乎是件不可能的事情。在公共浴室內，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。這時他腦中閃現出一絲模糊的想法。他把胳膊完全放進水中全身放松，這時胳膊又浮到水面上。

他站了起來，浴盆四周的水位下降；再坐下去時，浴盆中的水位又上升了。

他躺在浴盆中，水位則變得更高了，而他也感覺到自己變輕了。他站起來后，水位下降，他則感覺到自己重了。一定是水對身體產生向上的浮力才使得他感到自己輕了。

他把差不多一樣大的石塊和木塊同時放入浴盆，浸入水中。石塊下沉到水里，但是他能感覺到石塊變輕了。而且，他必須要向下按著木塊才能把它完全浸到水中。這表明浮力與物體的排水量（物體體積）有關，而不與物體重量有關。物體在水中感覺有多重一定與它的密度（物體單位體積的質量）有關。

阿基米德因此找到了解決國王問題的方法，問題關鍵在于密度。如果皇冠里面含有其他金屬，它的密度會不相同，在重量相等的情況下，這個皇冠的體積是不同的。把皇冠和等重的金子放進水里，結果發現皇冠排出的水量比金子的大，這表明皇冠是摻假的。最重要的是，阿基米德發現了浮力原理（亦稱阿基米德原理），即水對物體的浮力等于物體所排出水的重力。

物理知識小鏈接

浮力的大小與液體的壓強（深度）成正比，與它的排水面積成正比，與它受到的壓力相等，方向相反。在沒有任何外力的作用下，液體保持靜止狀態。