肥皂膜筛子的“负”过滤特性研究

肖 晓 钟 鸣 陆建隆 王 巍，*

（1.南京师范大学物理科学与技术学院，江苏 南京 210023；2.南京师范大学教师教育学院，江苏 南京 210023）

在生活中，常见的带孔筛子能过滤物体的体积，可以使体积较大的物体留住，体积较小的物体透过.而一张普通的肥皂膜也可以作为筛子，它可以过滤物体的重量，留住较轻的物体，却透过较重的物体，像是拥有一种 “负”的过滤特性.这种能“留轻漏重”的肥皂膜筛子有很重要的应用，例如在开放式的外科手术中，使用类似的肥皂膜筛子，就能让手术工具通过薄膜进入伤口，而灰尘和其他较轻的碎片将被膜阻隔，从而让手术在干净安全的环境中进行.［1］所以该现象非常值得研究.

本文将探究这种肥皂膜筛子“负”过滤现象的物理机制，解释为什么轻颗粒会被留住、为什么重颗粒能透过并且膜会愈合；接着对肥皂膜筛子能“漏多重”、“留多轻”和“用多久”这3个过滤特性进行实验探究和理论分析，设计了不同浓度的膜过滤物体的实验相图，并由此验证膜过滤的理论判据.

1 肥皂膜筛子的“负”过滤现象

图1是搭建的实验过滤装置，在铁架台上固定铁环、尺子和可调节的物体释放台，这套装置在观察现象的同时可以控制变量进行实验探究.图2为待过滤物体，采用4种颗粒体积从左到右依次由大到小但单颗质量均在mg级别的石英砂.图3是肥皂膜配制装置，购买浓缩泡泡液，将泡泡液与水的浓度比控制在1∶1至1∶9范围内，把半径为6.25 cm的铁环浸在配……