בניסוי הזה נבנה סביבון שצף על פני המים – ומסתובב בעזרת טיפה של סבון כלים.

ציוד

  • קערה גדולה
  • מים
  • קיסם או שיפוד עץ
  • סבון כלים נוזלי
  • חוט ברזל קשיח ודק – אפשר להשתמש בחוטים שמשמשים לקשירת חוט של מכשיר חשמלי חדש או לגזור חוט כזה מסוגר של אריזת לחם (ראו בסרט)
  • פלפל שחור טחון (לא חובה)

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

 

הסבר

על פני כל נוזל בעולם נוצר דבר שנקרא "מתח פנים" מין קרום דקיק ובלתי נראה המורכב מהחלקיקים היסודיים של הנוזל (אטומים או מולקולות). הוא נוצר מכיוון שחלקיקי הנוזל מפעילים זה על זה כוחות משיכה שגורמים להם להיצמד. החלקיקים הנמצאים בחלק החיצוני ביותר של הנוזל אינם מוקפים בחלקיקים אחרים מכל צדדיהם, וזה גורם חוסר איזון בכוחות המשיכה שהם "מרגישים" ויוצר מעין קרום קשיח על פני הנוזל. להרחבה בנושא מתח הפנים מומלץ לקרוא את הכתבה:  איך נוצר מתח הפנים בנוזלים.

הקרום הדק הזה יכול לעמוד בלחצים לא קטנים שיופעלו עליו בלי להיקרע, כפי שאפשר לראות בניסוי האטב הצף שבו אטב ברזל כבד צף על קרום המים. זה למעשה גם החלק הראשון של הניסוי החדש שלנו, שבו סביבון המים שלנו צף על פני המים. גם גרגירי הפלפל השחור שאנו מפזרים בניסוי צפים על פני אותו קרום שיוצר מתח הפנים של המים.

סבון הכלים (דטרגנט) נוטה להתפשט על פני המים וגרגירי הפלפל השחור שפיזרנו על פני המים עוזרים לנו לראות את התפשטותו. כאשר הסבון נוגע בפני המים אנו רואים את תנועת גרגירי הפלפל שצפים על פני המים הטהורים, מהסבון והלאה, כך שבהדרגה מתפשט קרום חדש וצלול – של סבון, בלי הפלפל שכיסה את קרום המים הקודם.

מנקודת מבט הפוכה אפשר לדמות את תהליך התפשטות הסבון על פני המים לסיכה שדוקרת יריעת גומי מתוחה, כאילו הסבון יוצר 'חור' שמתפשט בתוך מתח הפנים המקורי החזק של המים.

בכל מקרה – תנועת הסבון שמתרחשת על פני המים מוגבלת ונתקעת בדפנות הגבוהות של הסביבון שלנו, שצף גם הוא על המים, כך שהסבון יכול להתפשט רק דרך הפתח של ספירלת הסביבון.

כאן נכנס לפעולה החוק השלישי של ניוטון (שנקרא על שמו של אייזק ניוטון, המדען שגילה אותו), שקובע שלכל פעולה בטבע יש תגובה הפוכה בכיוונה וזהה בעוצמתה. לפיכך, חלקיקי הסבון שמתפשטים ונדחפים החוצה דרך הסביבון שלנו דוחפים את הסביבון באותה עוצמה (ובכיוון ההפוך), ואכן אנו רואים שהסביבון מסתובב בכיוון הפוך לכיוון תנועת הסבון. כאשר הפלפל (שמראה את תנועת התפשטות הסבון) נע נגד כיוון השעון, הספירלה מסתובבת בכיוון השעון.

בסיום הניסוי – בקרבת הסביבון יש כעת סבון, ולא מים טהורים. מתח הפנים של הסבון חלש ממתח הפנים של המים, הוא לא מסוגל לשאת את משקל הסביבון, והסביבון שוקע לקרקעית הכלי.

מעניין לציין

מאחר שסבון מחליש את מתח הפנים של המים, הוא מאפשר ליצור בועות סבון גדולות וגמישות שלא מתפוצצות בקלות. לכן, אם רוצים לעשות תמיסה שתיצור בועות, אפשר פשוט אפשר להוסיף סבון למים.

מתח הפנים יכול למנוע מכוס מלאת מים מלהישפך, ואילו בעזרת החוק השלישי של ניוטון אפשר לבנות מטוס סילון מבלון ולמדוד באמצעותו נפח של אגרופים. בנוסף, כדאי לכם לנסות סביבון ייחודי נוסף: סביבון אש.

7 תגובות

  • אושרת ברדוגו

    חומרים נוספים שיגרמו לסביבון להסתובב על גבי המים

    האם ניתן להשתמש בחומרים אחרים שיגרמו לסביבון להסתובב במים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    חומרים אחרים

    היי אושרית
    אפשר להשתמש גם בסבון נוזלי לרחיצת ידיים, שמפו, חומרים לרחיצת רצפות, ואפילו לגעת עם פיסה קטנה של סבון מוצק - כולם יגרמו לסביבון להסתובב. כולם חומרים דומים לנוזל לשטיפת כלים. אם את רוצה לנסות חומר אחר לגמרי – צריך לחשוב על חומרים אחרים שנוטים להתפשט על פני המים – ומהבחינה הזו אולי (לא ניסיתי) שמנים 'קלים' יצליחו – למשל טיפה של בנזין מכוניות, שעושה 'כתם שמן' על פני המים, יצליח במלאכה.
    (את מוזמנת לנסות ולדווח אם הצליח)
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • חנה

    הסבר לא מדעי

    שלום,
    בסרטון "סביבון מים, פלפל וסבון" אומר המסביר בסרטון (ציטוט) : "לסבון כלים יש נטייה שהוא "רוצה" להתפשט על פני שטח המים".
    זהו הסבר ממש לא מדעי ! סבון הכלים לא רוצה שום דבר (בכל אופן אי אפשר להוכיח שהוא רוצה), אלא הוא זז ממקום למקום בגלל כוחות שונים שפועלים עליו.
    כשמסבירים מדע , חשוב מאוד להשתמש בשפה מדעית נכונה ומדויקת. כאשר מסבירים התנהגות של חומר מסויים בכך שהוא "רוצה", "שואף" וכו' בעצם נפטרנו מהצורך לחשוב מדוע זה כך ולתת הסבר אמיתי.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    הסבר לא מדעי

    שלום חנה, את צודקת ההסבר בסרטון איננו משתמש בשפה מדעית, אלא בשפת היום-יום ומכוון לילדים קטנים. ההסבר המלא מופיע באתר - דרך אגב, זה כך בכל הסרטונים, ובכוונה.
    אין פסול בשימוש במטאפורות כדי להגביר ההבנה.
    (אני מודה ש'רוצה' אולי כבר מטאפורה חזקה מדי, אבל 'נוטה' זה בסדר).
    אני גם לא מסכים שבכך (מטאפורות) נפטרנו מהצורך לחשוב מדוע זה כך - ההפך! זה מעורר את השאלה הסקרנית המיידית - הרי הסבון איננו יצור חי, וחסר שאיפות, אז מדוע הוא 'שואף' להתפשט...?
    דווקא שימוש בשפה מדעית שהיא "מעל הראש" של הילדים סותמת דיון ו'אוטמות' את הילד (כך מראים המחקרים) כי מרגישים טיפשים שלא מבינים מה מדובר, ממילא ילדים לא יודעים בכלל מה זה כוחות (בהגדרתם הפיזיקלית) בגיל צעיר.
    כאשר מסבירים מדע לקהל הרחב יש מה שנקרא באנגלית  trade off (פשרה / ויתור) בין דיוק לבין הבנה. והרי צריך לשים את הגבול היכנשהו. את הדיוק המוחלט (אם יש דבר כזה) נשאיר למאמרים מדעיים (שהם אמנם מדוייקים אבל לא לא נגישים ל-99.9% מהאוכלוסיה).

    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אורון

    אבי...

    אוהבים אותך!

  • נתי

    הסבר לתנועה הסיבובית של הספירלה

    נראה לי שיותר פשוט להסביר את התופעה באמצעות שימור תנע קווי - חלקיקי הסבון הנושאים עימם תנע מתקדמים החוצה מפתח הספירלה, ולכן הספירלה תנוע בכיוון ההפוך.כתוצאה מכך, פתח הספירלה יסתובב וחוזר חלילה. כיוון שהתופעה נמשכת מתקבלת תנועה מעגלית.
    אמנם המקור לחוק שימור התנע הוא החוק השלישי של ניוטון, אבל כאן זה פחות נוח להשתמש בו כיוון שהספירלה לא ממש מפעילה כוחות על חלקיקי הסבון אלא רק מונעת את תנועתם החוצה בכיוון שאינו כיוון הפתח.

  • עברי

    מגניב!

    ניסיתי והסביבון אכן הסתובב ונפל, יפה, תודה!