吹出的肥皂泡为什么先升后降

星期天，牛牛写完了作业，闲着没事干，便想吹肥皂泡玩。他兑好肥皂水，把塑料管浸入装有肥皂水的小瓶子里蘸了一下，再用嘴轻轻一吹，一串一串的泡泡便从塑料管里飞了出来，五颜六色的，好看极了。他越吹越起劲，吹了一次又一次，肥皂泡也不停地冒出来，好像下起了一场肥皂泡雨。忽然，他发现了一个问题：一串串的肥皂泡总是先轻飘飘地向上升起，一会儿又慢悠悠地落下来。这是怎么回事？难道肥皂泡的质量发生了变化吗？

牛牛去问妈妈怎么回事，妈妈想了一会儿，说：“这个……我想和热气球的原理一样吧。”真是这样吗？我知道热气球能飞上天是因为燃料燃烧产生了热空气，可肥皂泡里有热空气吗？

为了弄清楚这个问题，牛牛拿来妈妈的手机，从手机上找到了答案。

的确，日常生活中，我们常看到一些小朋友吹肥皂泡，一个个小肥皂泡从吸管中飞出，在阳光的照耀下，发出美丽的色彩。此时，小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中，我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中，形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升，随后便下降，这是为什么呢？

这个过程和现象，我们只要留心想一下，就会发现，它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时，肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知，此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升。这个过程就跟热气球的原理是一样的。

随着上升过程的开始和时间的推移，肥皂泡内、外气体发生热交换，内部气体温度下降，因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小，它受到的外界空气的浮力也会逐步变小，而其受到的重力不变，这样，当重力大于浮力时，肥皂泡就会下降。

这里，我们要提到一个重要的物理学概念——浮力，所谓浮力指物体在流体（包括液体和气体）中，各表面受流体（液体和气体）压力的差（合力）。

公元前245年，阿基米德发现了浮力原理。浮力的定义式为F浮=G排（即物体浮力等于物体下沉时排开液体的重力），计算可用它推导出公式F浮=ρ液gV排（ρ液：液体密度，单位千克/立方米；g：重力与质量的比值g=9.8N/kg，在粗略计算时，g可以取10N/kg，单位牛顿；V排：排开液体的体积，单位立方米）。液体的浮力也适用于气体。

公元前245年，赫农王命令阿基米德（Archimedes）鉴定一个皇冠。赫农王给金匠一块金子让他做一顶纯金的皇冠。做好的皇冠尽管与先前的金子一样重，但国王还是怀疑金匠掺假了。他命令阿基米德鉴定皇冠是不是纯金的，但是不允许破坏皇冠。这似乎是件不可能的事情。在公共浴室内，阿基米德注意到他的胳膊浮到了水面上。这时他脑中闪现出一丝模糊的想法。他把胳膊完全放进水中全身放松，这时胳膊又浮到水面上。

他站了起来，浴盆四周的水位下降；再坐下去时，浴盆中的水位又上升了。

他躺在浴盆中，水位则变得更高了，而他也感觉到自己变轻了。他站起来后，水位下降，他则感觉到自己重了。一定是水对身体产生向上的浮力才使得他感到自己轻了。

他把差不多一样大的石块和木块同时放入浴盆，浸入水中。石块下沉到水里，但是他能感觉到石块变轻了。而且，他必须要向下按着木块才能把它完全浸到水中。这表明浮力与物体的排水量（物体体积）有关，而不与物体重量有关。物体在水中感觉有多重一定与它的密度（物体单位体积的质量）有关。

阿基米德因此找到了解决国王问题的方法，问题关键在于密度。如果皇冠里面含有其他金属，它的密度会不相同，在重量相等的情况下，这个皇冠的体积是不同的。把皇冠和等重的金子放进水里，结果发现皇冠排出的水量比金子的大，这表明皇冠是掺假的。最重要的是，阿基米德发现了浮力原理（亦称阿基米德原理），即水对物体的浮力等于物体所排出水的重力。

物理知识小链接

浮力的大小与液体的压强（深度）成正比，与它的排水面积成正比，与它受到的压力相等，方向相反。在没有任何外力的作用下，液体保持静止状态。