The fascinating science of bubbles, from soap to champagne | Li Wei Tan

106,377 views ・ 2018-12-18

TED


אנא לחץ פעמיים על הכתוביות באנגלית למטה כדי להפעיל את הסרטון.

תרגום: Yael Ring עריכה: Ido Dekkers
00:12
Some years ago, I was visiting Paris
0
12772
2783
לפני כמה שנים, ביקרתי בפריז
00:15
and walking along the Seine River during a beautiful summer afternoon.
1
15579
4325
ובאחר צהריים קיצי ויפה הלכתי לאורך נהר הסיין.
00:19
I saw giant bubbles floating on the riverbank,
2
19928
3249
ראיתי בועות ענקיות מרחפות על גדת הנהר,
00:23
like this one.
3
23201
1411
כמו זו.
00:24
The next moment, it popped and was gone.
4
24636
2953
מייד לאחר מכן, היא התפוצצה ונעלמה.
00:28
Making them were two street performers surrounded by a crowd.
5
28273
4016
שני אומני רחוב יצרו אותן כשהם מוקפים בקהל.
00:32
They visibly make a living by asking for donations
6
32845
3399
הם הרוויחו כסף על ידי בקשת תרומות
00:36
and by selling pairs of sticks tied with two strings.
7
36268
3860
ובאמצעות מכירת זוגות של מקלות מחוברים בשני חוטים.
00:40
When I was there, a man bought a pair of sticks for 10 euros,
8
40152
5067
כשהייתי שם, אדם קנה זוג מקלות ב10 יורו,
00:45
which surprised me.
9
45243
1752
דבר שהפתיע אותי.
00:47
I am a scientist who is passionate about bubbles.
10
47773
3913
אני מדענית החוקרת בדבקות בועות.
00:51
I know the right trick to make the giant bubbles
11
51710
3356
אני יודעת שהטריק הנכון לייצור בועות ענק
00:55
is the right soapy water mixture itself --
12
55090
3401
טמון בתערובת מי הסבון הנכונה --
00:58
not the sticks,
13
58515
1431
לא המקלות,
00:59
which may be needed,
14
59970
1311
שאולי יש בהם צורך,
01:01
but you can easily make them at home.
15
61305
2143
אבל אפשר בקלות להכין כאלה בבית.
01:03
Focusing on the sticks makes us not see that the real tool is the bubble itself.
16
63924
5642
ההתמקדות במקלות לא מאפשרת לנו לראות שהכלי המרכזי הוא הבועה עצמה.
01:10
Bubbles might seem like something just children make while playing,
17
70970
4132
בועות אולי נראות כמו משהו שרק ילדים משחקים בו,
01:16
but sometimes it can be really stunning.
18
76117
2423
אבל לפעמים הן יכולות להיות ממש מהממות.
01:19
However, there are more fascinating science to bubbles,
19
79659
4338
ובכל זאת, יש מדע מרתק מאחור הבועות,
01:24
such as problem-solving tools.
20
84021
2647
כמו כלים לפתרון בעיות.
01:27
So I would like to share with you
21
87192
2373
אז הייתי רוצה לחלוק איתכם
01:29
a few stories about the science of creating bubbles
22
89589
3671
כמה סיפורים על המדע שביצירת בועות
01:33
and the science of eliminating the microscopic ones.
23
93284
3995
והמדע שכרוך בחיסול אלה המיקרוסקופיות.
01:37
Since it's up on the screen, let's start with the soap bubble.
24
97742
3918
מכיוון שזה כבר נמצא על המסך, בא נתחיל בבועות הסבון.
01:42
It is made from very common substances:
25
102478
3046
הן עשויות מחומרים מאוד זמינים:
01:45
air, water, soap, in the right mixture.
26
105548
3777
אוויר, מים, סבון, בתערובת הנכונה.
01:50
You can see soap bubbles constantly changing their colors.
27
110214
3601
אתם יכולים לראות שבועות סבון כל הזמן משנות את צבען.
01:53
This is due to the interaction with light at various directions
28
113839
4497
זאת היא תוצאה של האינטרקציה עם האור בזוויות שונות
01:58
and the changes of their thickness.
29
118360
2117
והשינויים במידת העובי שלהן.
02:01
One of the common substances, water molecules,
30
121471
3759
אחד מהחומרים הזמינים, מולקולות מים,
02:05
are formed by two atoms of hydrogen and one atom of oxygen -- H2O.
31
125254
6397
נוצרות על ידי שילוב של שני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן - H2O.
02:12
On most surfaces, water droplets tend to curve inwards,
32
132350
4791
על רוב המשטחים, טיפות מים נוטות להתאסף כלפי פנים,
02:17
forming a semihemisphere shape.
33
137165
2373
כך שהן יוצרות צורה חצי כדורית.
02:20
This is because the water droplet's surface is like an elastic sheet.
34
140237
4770
דבר זה מתרחש כיוון שפני טיפת המים הם כמו סדין אלסטי.
02:25
The water molecule on the surface is constantly being pulled inwards
35
145729
4024
מולקולת המים על פני המשטח כל הזמן נמשכת כלפי פנים
02:29
by the molecule at the center.
36
149777
1922
על ידי המולקולה במרכז.
02:32
And the quality of the elasticity is what we call "surface tension."
37
152826
5024
ואיכות האלסטיות היא מה שאנו מכנים "מתח הפנים".
02:38
Now by adding soap,
38
158422
2051
עכשיו אם נוסיף סבון,
02:40
what happens is the soap molecule reduces the surface tension of water,
39
160497
4544
מה שקורה הוא שמולקולת הסבון מצמצמת את מתח הפנים של המים,
02:45
making it more elastic and easier to form bubbles.
40
165065
3924
והופכת אותו ליותר אלסטי וקל ליצירת בועות.
02:50
You can think of a bubble as a mathematical problem-solver.
41
170505
4719
אתם יכולים לחשוב על בועה כמו משוואת פתרון בעיות מתמטיות.
02:55
You see it relentlessly trying to achieve geometry perfection.
42
175779
5042
אפשר לראות איך היא מנסה ללא הרף להשיג מושלמות גיאומטרית.
03:00
For instance, a sphere is the shape with the least surface area
43
180845
5812
לדוגמא, כדור הוא הצורה בעלת שטח הפנים
03:06
for a given volume.
44
186681
1617
הכי קטן לכל נפח נתון.
03:08
That's why a single bubble is always in the shape of a sphere.
45
188322
4344
לכן כל בועה תמיד תהיה בצורת כדור.
03:12
Let me show you. Check it out.
46
192690
1836
תנו לי להראות לכם, שימו לב.
03:30
This is a single bubble.
47
210112
1818
זאת היא בועת סבון אחת.
03:31
When two bubbles touch each other,
48
211954
2267
כששתי בועות נוגעות זו בזו,
03:37
they can save materials by sharing a common wall.
49
217437
3234
הן יכולות לחסוך בחומרים על ידי שיתוף של קיר משותף.
03:48
When more and more bubbles are added together,
50
228385
2925
כשעוד ועוד בועות מתווספות יחד,
03:51
their geometry changes.
51
231334
1829
הגיאומטריה שלהן משתנה.
03:53
These four bubbles are added together.
52
233556
2359
ארבע הבועות האלה מתווספות יחד.
03:55
They meet at one point at the center.
53
235939
2270
הן נפגשות בנקודה אחת במרכז.
04:42
When six bubbles are added together,
54
282871
2370
כששש בועות מתווספות יחד,
04:45
a magical cube appears at the center.
55
285265
2640
קוביית קסם מופיעה במרכז.
04:47
(Applause)
56
287929
3628
(מחיאות כפיים)
04:55
That is surface tension at work,
57
295059
2683
זה מתח פנים בפעולה,
04:57
trying to find the most effective geometry arrangement.
58
297766
3938
הניסיון למצוא את הסידור הגיאומטרי הכי אפקטיבי.
05:03
Now, let me give you another example.
59
303693
4505
עכשיו, תנו לי לתת לכן עוד דוגמא.
05:09
This is a very simple prop.
60
309153
3002
זהו כלי מאוד פשוט.
05:13
This is made from two layers of plastic
61
313258
3908
הוא עשוי משתי שכבות של פלסטיק
05:17
with four pins connected to each other.
62
317190
2486
כשארבע סיכות מחברות ביניהן.
05:19
Imagine these four pins represent four cities that are equally apart,
63
319700
5990
דמיינו שארבע הסיכות מייצגות ארבע ערים הנמצאות במרחק שווה זו מזו,
05:25
and we would like to make roads to connect these four cities.
64
325714
3705
ואנחנו רוצים ליצור כבישים שיחברו את ארבע הערים האלה.
05:30
My question is: What is the shortest length to connect these four cities?
65
330426
4244
השאלה שלי היא: מהי הדרך הקצרה ביותר לחבר בין ארבע הערים האלה?
05:35
Let's find out the answer by dipping it into the soapy water.
66
335723
3901
בא נגלה את התשובה על ידי טבילת הכלי במי סבון.
05:43
Remember, the soap bubble forms will always try to minimize
67
343775
5523
זכרו, בועות הסבון תמיד ישאפו ליצור
05:49
their surface area
68
349322
1600
שטח פנים מינימלי
05:50
with a perfect geometry arrangement.
69
350946
2706
בסידור גיאומטרי מושלם.
05:54
So the solution might not be something you expected.
70
354632
5109
אז הפתרון אולי לא יהיה משהו שהייתם מצפים.
06:02
The shortest length to connect these four cities
71
362175
3408
הדרך הקצרה ביותר לחבר בין ארבע הערים האלה
06:05
is 2.73 times the distance between these two cities.
72
365607
5864
הוא המרחק בין שתי הערים האלה כפול 2.73.
06:11
(Applause)
73
371495
4293
(מחיאות כפיים)
06:17
Now you've got the idea.
74
377401
1966
עכשיו הבנתם את הרעיון.
06:19
The soap bubble forms will always try to minimize their surface area
75
379391
5279
בועות הסבון תמיד ישאפו ליצור שטח פנים מינימלי
06:24
with a perfect geometry arrangement.
76
384694
2404
בסידור גיאומטרי מושלם.
06:29
Now, let us look at bubbles in another perspective.
77
389416
5873
עכשיו, בא נבחן את הבועות מזווית אחרת.
06:36
My daughter, Zoe, loves visiting zoos.
78
396357
3908
הבת שלי, זואי, אוהבת לבקר בגני חיות.
06:40
Her favorite spot is Penguin Cove at Marwell Zoo in Southern England,
79
400289
5929
המקום האהוב עליה הוא מערת הפנגווינים בגן החיות מארוול בדרום אנגליה,
06:46
where she could see penguins swim at speed under the water.
80
406242
4432
שם היא יכולה לראות פינגווינים שוחים במהירות מתחת למים.
06:51
One day, she noticed that the body of penguins
81
411653
3779
יום אחד, היא שמה לב שגוף הפינגווין
06:55
leaves a trail of bubbles when they swim
82
415456
3000
מותיר אחריו שובל של בועות כשהם שוחים
06:58
and asked why.
83
418480
1880
ושאלה למה.
07:00
Animals and birds like penguins
84
420384
2967
בעלי חיים וציפורים כמו פינגווינים
07:03
that spend a lot of their time under the water
85
423375
3498
המבלים הרבה מזמנם מתחת לפני המים
07:06
have evolved an ingenious way of utilizing the capability of bubbles
86
426897
6415
פיתחו שיטה גאונית לשימוש ביכולות של בועות
07:13
to reduce the density of water.
87
433336
2606
להפחתת דחיסות המים.
07:17
Emperor penguins are thought to be able to dive a few hundred meters
88
437066
4712
מקובל לחשוב שפינגווינים קיסריים מסוגלים לצלול לעומק של כמה מאות מטרים
07:21
below the sea surface.
89
441802
2107
מתחת לפני הים.
07:24
They are thought to store the air under their feathers
90
444562
3692
ההנחה היא שהם אוגרים את האוויר מתחת לנוצות שלהם
07:28
before they dive
91
448278
1655
לפני שהם צוללים
07:29
and then progressively release it as a cloud of bubbles.
92
449957
4769
ואז משחררים אותו בהדרגה בענן של בועות.
07:35
This reduces the density of water surrounding them,
93
455300
3668
דבר זה מפחית את דחיסות המים הסובבים אותם,
07:38
making it easier to swim through
94
458992
2785
וכך יותר קל להם לשחות בתוכם
07:41
and speed up their swimming speed at least 40 percent.
95
461801
4829
ולהגביר את מהירות השחיה שלהם בלפחות 40 אחוז.
07:47
This feature has been noticed by the ship manufacturers.
96
467779
3729
טכניקה זו הועתקה על ידי יצרני אוניות.
07:52
I am talking about the big ships here,
97
472364
3489
אני מדברת על אוניות ענק,
07:55
the ones that are used to transport thousands of containers across the ocean.
98
475877
5007
אלה בהן משתמשים להעברת אלפי מכולות ברחבי האוקיינוס.
08:01
Recently, they developed a system called "air lubricating system,"
99
481559
5402
לאחרונה, הם פיתחו מערכת שנקראת "מערכת סיכת אוויר",
08:06
inspired by the penguins.
100
486985
1965
שקיבלה את השראתה מן הפינגווינים.
08:09
In this system, they produce a lot of air bubbles
101
489704
4166
במערכת הזאת, הם מייצרים הרבה בועות אוויר
08:13
and redistribute them across the whole of the ship,
102
493894
4089
ומפזרים אותן לאורך כל הספינה,
08:18
like an air carpet that reduces the water resistance
103
498007
4560
כמו משטח אוויר שמפחית את התנגדות האויר
08:22
when a ship is moving.
104
502591
2187
כשהאניה שטה.
08:26
This feature cuts off the energy consumption for the ship
105
506167
4018
שיטה זו מפחיתה את צריכת האנרגיה של האניה
08:30
up to 15 percent.
106
510209
2617
בכ 15 אחוזים.
08:34
Bubbles can also be used for medicines.
107
514848
3516
אפשר גם להשתמש בבועות ברפואה.
08:38
It can also play a role in medicines,
108
518388
2880
הן גם משמשות בעולם הרפואה,
08:42
for instance, as a method for noninvasive delivery systems for drugs and genes
109
522889
6969
לדוגמא, כשיטה למערכת הובלה לא פולשנית עבור תרופות וגנים
08:49
to a specific part of the body.
110
529882
2506
לחלק מסוים של הגוף.
08:52
Imagine a microbubble
111
532412
2056
דמיינו מיקרו-בועה
08:54
filled with a mixture of drugs and magnetic agents
112
534492
4097
מלאה בתערובת של תרופות וסוכנים מגנטיים
08:58
being injected into our bloodstream.
113
538613
2445
המוחדרת לתוך מחזור הדם שלנו.
09:02
The bubbles will move to the target areas.
114
542273
3412
הבועות ינועו לכיוון אזור המטרה.
09:05
But how do they know where to go?
115
545709
2603
אבל איך הן יודעות לאן ללכת?
09:08
Because we placed a magnet there.
116
548336
2116
כי שתלנו בתוכה מגנט.
09:10
For instance, this part of my hand.
117
550476
2361
לדגומא, החלק הזה של היד שלי.
09:12
When the microbubbles move to this part of my hand,
118
552861
4012
כשהמיקרו-בועות מגיעות לחלק הזה של היד שלי,
09:16
we can pop it via ultrasound
119
556897
3791
אנחנו יכולים לפוצץ אותן באמצעות אולטרא-סאונד
09:20
and release the drug exactly where it's needed.
120
560712
3498
ולשחרר את התרופות בדיוק במקום בו צריך אותן.
09:25
Now, I mentioned about the science of creating bubbles.
121
565895
3474
עכשיו, הזכרתי את המדע שמאחורי יצירת בועות.
09:29
But sometimes we also need to remove them.
122
569393
4301
אבל לפעמים אנחנו צריכים גם להיפטר מהן.
09:33
That's actually part of my job.
123
573718
2300
זה בעצם חלק מהעבודה שלי.
09:36
My exact job title is "ink formulation scientist."
124
576731
4878
ההגדרה המדויקת של העבודה שלי היא "מדענית פורמולת דיו".
09:41
But I don't work on the ink that you use for your writing pens.
125
581633
4050
אבל אני לא עובדת על הדיו בו אתם משתמשים לכתוב בעטי הדיו שלכם.
09:46
I'm working on some cool applications
126
586366
2812
אני עובדת על אפליקציות ממש מגניבות
09:49
such as organic photovoltaics, OPVs,
127
589202
4420
כמו פוטו-וולטאיות אורגנית
09:53
and organic light-emitting diodes, OLEDs.
128
593646
3672
ודיודות פולטות אור אורגניות.
09:57
Part of my job is to figure out how and why we want to remove the bubbles
129
597342
6280
חלק מהעבודה שלי היא לפענח איך ומתי אנחנו רוצים להסיר את הבועות
10:03
from the ink that my company produces.
130
603646
2486
מהדיו שהחברה שלי מייצרת.
10:06
During the formulation-mixing process,
131
606989
3262
במהלך תהליך ערבוב הפורמולה,
10:10
or preparation process,
132
610275
1759
או תהליך ההכנה.
10:12
we mix active ingredients, solvents and additives
133
612058
6195
אנחנו מערבבים חומרים פעילים, ממיסים ותוספים
10:18
in order to achieve the formulations with the properties we want
134
618277
4529
על מנת להשיג את הפורמולות בעלות המאפיינים הנדרשים
10:22
when the ink is being used.
135
622830
1636
לשימוש בדיו.
10:25
But just like you would make drinks
136
625196
2917
אבל בדיוק כמו אם הייתם מכינים משקה
10:28
or bake cakes,
137
628137
1270
או אופים עוגה,
10:29
it is unavoidable that some air bubbles will be trapped inside that ink.
138
629431
5556
בלתי נמנע שכמה בועות אוויר יכלאו בתוך הדיו הזה.
10:35
Here, we are talking about a different space
139
635686
3262
כאן, אנחנו מדברים על מרחב שונה
10:38
from the bubbles I'd seen in Paris.
140
638972
2869
מהבועות שראיתי בפריז.
10:42
The bubbles that are trapped inside those inks
141
642960
2202
הבועות הכלואות בתוך סוגי הדיו האלה
10:45
vary between a few millimeters,
142
645186
2931
יכולות לנוע בגודלן בין כמה מילימטרים בודדים,
10:48
a few microns
143
648141
1243
כמה מיקרונים
10:49
or even a few nanometers in size.
144
649408
2973
או אפילו כמה ננו-מטרים.
10:52
And what we are concerned about
145
652405
1923
ומה שמדאיג אותנו
10:54
is the oxygen and the moisture that is trapped inside.
146
654352
2999
הוא החמצן והלחות הכלואים בפנים.
10:58
At this size scale, removing them is not easy.
147
658525
5705
בסדר גודל כזה, קשה מאוד להיפטר מהן.
11:04
But it matters,
148
664254
1932
אבל זה חשוב,
11:06
for instance, for organic light-emitting diodes inks
149
666210
4115
לדוגמא, דיו של דיודות מפיקות אור אורגניות,
11:11
that we can use to produce display for your smartphone, for example.
150
671772
6972
בו אנחנו משתמשים כדי ליצור את התצוגה בסמרטפון שלכם, לדוגמא.
11:19
It's supposed to last for many years,
151
679674
2235
הדיו אמור להחזיק הרבה שנים,
11:21
but if the ink that we use has been absorbed with oxygen and moisture
152
681933
5020
אבל אם חמצן ולחות נספגים בדיו הזה
11:26
[which] are not being removed,
153
686977
2363
שלא הוסרו בזמן,
11:29
then we can quickly see dark spots appear in the pixels.
154
689364
4870
אז אנחנו יכולים לראות במהרה נקודות שחורות המופיעות בפיקסלים.
11:34
Now, one challenge we face in removing the microbubbles
155
694943
6983
עכשיו, אתגר אחד שאנחנו מתמודדים איתו הוא בהסרת המיקרו-בועות
11:41
is that they are not very cooperative.
156
701950
3446
הוא שהן לא ממש משתפות פעולה.
11:45
They like to sit there,
157
705420
1948
הן אוהבות לשבת שם,
11:47
bathing in the ink without moving much.
158
707392
2886
ולטבול בדיו מבלי לזוז הרבה.
11:50
But how do we kick them out?
159
710937
1962
אבל איך אפשר להעיף אותן?
11:54
One technology we use
160
714741
2095
שיטה אחת שאנחנו משתמשים בה
11:56
is to force the ink going through a thin, long and tiny tube
161
716860
5541
היא לדחוף את הדיו בתוך צינור דק, ארוך וקטן
12:02
with a porous wall,
162
722425
2131
בעל קיר נקבובי,
12:04
and we place the tubes inside the vacuum chamber,
163
724580
3111
ואנחנו מניחים את הצינורות בתוך תא ואקום,
12:07
so that the bubbles can be squeezed out from the ink
164
727715
4340
כך שאפשר לדחוף את הבועות מהדיו
12:12
and be removed.
165
732079
1355
ולהסיר אותן.
12:14
Once we manage to remove the bubbles from the ink that we produce,
166
734730
5644
ברגע שאנחנו מצליחים להסיר את הבועות מהדיו שאנחנו מייצרים,
12:21
it is time for celebration.
167
741310
2386
זה הזמן לחגיגות.
12:25
Let's open a bubbling champagne.
168
745726
3015
בא נפתח שמפניה מבעבעת.
12:35
Ooh, this is going to be fun!
169
755693
2188
אווו, זה הולך להיות כיף!
12:37
(Laughter)
170
757905
2985
(צחוק)
12:42
Woooo!
171
762327
2330
ווהוו!
12:44
(Applause)
172
764681
3706
(מחיאות כפיים)
12:52
You could see a lot of bubbles rushing out from the champagne bottle.
173
772317
5728
אתם יכולים לראות מלא בועות נדחפות החוצה מבקבוק השמפניה.
12:58
These are the bubbles filled with carbon dioxide,
174
778566
4343
אלו הן בועות המלאות בפחמן דו חמצני,
13:02
a gas that's been produced during the fermentation process of the wine.
175
782933
5538
גז המיוצר במהלך תהליך התסיסה של היין.
13:09
Let me pour some out.
176
789226
1743
בואו נשפוך קצת.
13:12
I can't miss the chance.
177
792919
1737
אני לא יכולה לפספס את ההזדמנות.
13:22
I guess it's enough.
178
802292
2091
אני מניחה שזה מספיק.
13:24
(Laughter)
179
804407
1207
(צחוק)
13:29
Here, I can see a lot of microbubbles
180
809178
5192
הנה, אני יכולה לראות המון מיקרו-בועות
13:34
moving from the bottom of the glass to the top of the champagne.
181
814394
5016
שנעות מתחתית הכוס לפני השטח של השמפניה.
13:40
Before it pops,
182
820286
1603
לפני שהן מתפוצצות,
13:42
it will jet tiny droplets of aroma molecules
183
822680
5198
הן ישחררו טיפות זעירות של מולקולות ריח
13:47
and intensify the flavor of champagne,
184
827902
3671
ויעצימו את טעמה של השמפניה,
13:51
making us enjoy much more the flavor of champagne.
185
831597
3699
ויגרמו לנו ליהנות מטעמה של השמפניה עוד יותר.
13:56
As a scientist who is passionate about bubbles,
186
836226
3502
כמדענית שמאוד מרותקת מבועות,
13:59
I love to see them,
187
839752
1710
אני אוהבת לראות אותן,
14:02
I love to play with them,
188
842306
2135
אני אוהבת לשחק איתן,
14:04
and I love to study them.
189
844465
2268
ואני אוהבת לחקור אותן.
14:06
And also, I love to drink them.
190
846757
2252
וגם, אני אוהבת לשתות אותן.
14:09
Thank you.
191
849033
1209
תודה רבה.
14:10
(Applause)
192
850266
4462
(מחיאות כפיים)
על אתר זה

אתר זה יציג בפניכם סרטוני YouTube המועילים ללימוד אנגלית. תוכלו לראות שיעורי אנגלית המועברים על ידי מורים מהשורה הראשונה מרחבי העולם. לחץ פעמיים על הכתוביות באנגלית המוצגות בכל דף וידאו כדי להפעיל את הסרטון משם. הכתוביות גוללות בסנכרון עם הפעלת הווידאו. אם יש לך הערות או בקשות, אנא צור איתנו קשר באמצעות טופס יצירת קשר זה.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7