三角＆四角のシャボン玉をつくろう！　理系脳が育つ「自由研究」

一般的なシャボン玉は、ボールのように丸い形です。上写真のように、細長いシャボン玉をつくろうとしても、途中でちぎれるように丸まります。これは、シャボン液をつくっている小さな粒、いわゆる分子が引き合う力に秘密があります。

分子はまわりの分子と引き合って安定しています。ところが、シャボン液の表面にある分子は、引き合う相手が少なく不安定です。そこで、なるべく不安定な表面の分子を減らす（＝表面積を減らす）ことで安定しようとします。この力が「表面張力（ひょうめんちょうりょく）」です。シャボン玉がもっとも表面積が小さく安定する球になろうとするのは、表面張力のはたらきなのです。

シャボン玉が複数あった場合はどうなるでしょうか？

表面の不安定な分子同士が引き合って、シャボン玉はくっつきやすくなります。くっついた面は、平たくなります。完全な平面ではありませんが、球のカーブを描いていたときよりも、表面積も小さくなっていることがわかるでしょう。

立体の枠をつかったときも、シャボン液はなるべく表面積を小さくしようとします。そのため、枠の１番外側をおおうように膜をはるのではなく、内側に複雑な膜をはるのです。

今回、見てきたように、シャボン玉は単体でも、ほかのシャボン玉や枠などにであったときでも、すばやく最小面積を計算したかのように、小さくなる方に動きます。三角や四角の面積だったら、小学生でも計算できそうな気もしますが、立体だったり、正確な平面ではなくカーブが付いていたりして、そう簡単にはできません。

表面張力は理科の分野ですが、このシャボン玉の最小面積を求める問題は数学者のなかでも人気があります。科学者や数学者も夢中になるシャボン玉を、親子であらためて見直す機会にしてはいかがでしょうか？

構成・文／湯地真理子

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