איך לצייר ציורים מופלאים על חלב?

בניסוי הנוכחי נצייר ציורים צבעוניים יפהפיים על משטח ציור שעשוי מחלב, בעזרת צבעי מאכל וסבון.

ציוד

• צלחת או קערה שטוחה
• קיסם או שיפוד עץ
• סבון נוזלי (עדיף סבון כלים)
• חלב

• צבעי מאכל בצבעים שונים

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

והנה גרסה נוספת שצולמה בזמן סגר הקורונה:

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.

החלב מורכב בעיקר ממים, כך שכאשר אנחנו מטפטפים בעדינות צבעי מאכל על החלב הם צפים בעצם על הקרום שיוצר מתח הפנים של המים. הקרום הדק הזה יכול לעמוד בלחצים לא קטנים שנפעיל עליו בלי להיקרע, כפי שאפשר לראות בניסוים האטב הצף וסביבון מים, פלפל וסבון, שבהם פיסת מתכת כבדה יחסית צפה על קרום המים.

סבון הכלים (דטרגנט) נוטה להתפשט על פני המים וליצור על פניהם "קרום" חדש (של סבון כלים), הצבעים שטפטפנו על פני החלב עוזרים לנו לראות איך הוא מתפשט. כשהסבון נוגע בפני החלב אנו רואים את הצבעים הצפים על פניו "נדחפים" מנקודת המגע והלאה, כך שבהדרגה מתפשט קרום חדש וצלול של סבון שקוף, שדרכו אפשר לראות מחדש את הצבע הלבן של החלב בלי צבעי המאכל שכיסו את הקרום הקודם.

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

בנוסף - בניגוד לסתם מים, חלב מכיל גם חלבונים ושומנים (בדר"כ 3% שומן). סבון מצליח להמיס שומנים, כאשר מולקולות הסבון והשומן נמשכות זו לזו. צבע המאכל מאפשר לנו לראות את התהליך הזה - בכל פעם שסבון חדש נכנס למים רואים מערבולות שנוצרות עקב כך. נסו להשתמש בחלב בעל אחוז שומן שונה (למשל חלב 1%) וראו איך זה משפיע על המערבולות ותנועת הצבעים.

אם נוגעים בקערת החלב במקומות רבים מאוד עם הקיסם והסבון, כל פני החלב מתכסים בקרום החדש המורכב מחלקיקי סבון, וכל השומנים שבחלב כבר 'נדבקו' לסבון, ולא נראה יותר התפשטות נוספת של סבון בפעמים הבאות שניגע בו עם הקיסם.

מעניין לציין

תנועת התפשטות הסבון על פני מים יכולה לדחוף גם חפצים גדולים וכבדים בהרבה מטיפות של צבע – למשל לסובב סביבון מתכת על פני המים.

בנוסף, עוד מתקופת יוון העתיקה ידעו ימאים שכאשר שופכים שמן על פני הים, והשמן מתפשט וצף על פניהם (ובעצם משנה את מתח הפנים של הים) הים סוער סביב לאונייה נרגע. זה קורה מפני שהחיכוך בין השמן לבין הרוח והאוויר שנושב על פני הים קטן יותר מהחיכוך שבין המים לרוח, בדיוק כמו ששמן מקטין את החיכוך שבין צירים חורקים, ולכן לרוח קשה יותר להרים גלים בים שעל פניו צף השמן. אפשר לראות את האפקט הממתן של שמן שצף על מים בסרטון הבא, שנעשה בשלולית קטנה. ברגע ששופכים שמן (בסרט השתמשו בשמן חמניות) הגלים שהיו בשלולית נעלמים.