しゃぼん玉はなぜ丸くなる？
しゃぼん玉が丸くなるのは、薄い液の膜に「表面張力」という、表面をできるだけ小さくしようとする力が働くからです。同じ量の空気を包むとき、球はほかの形より膜の面積が小さくてすみます。膜が縮もうとする力と、中の空気が外へ押す力がつり合うことで、空中に浮いたしゃぼん玉は球に近い形になります。
ここでいう「丸い」は、紙に描いた円ではなく、ボールのような立体の球形です。どこから見ても丸く見えるのには、きちんと理由があります。
膜を縮めようとする「表面張力」とは？
水は、とても小さな粒同士が引き合っています。そのため、水の表面には、表面の広さをできるだけ小さくしようとする性質があります。これを「表面張力（ひょうめんちょうりょく）」と呼びます。
しゃぼん玉の膜は、薄い水の層をせっけんなどの成分が両側からはさんだようなつくりです。せっけんの成分は水の表面張力を弱めるため、水だけの場合より薄い膜を広げやすくなります。それでも表面張力がなくなるわけではなく、広がった膜には縮もうとする力が残っています。
しゃぼん玉を作るときは、この膜に息を吹き込んで、空気を包みます。膜は内側へ縮もうとし、中の空気は外側へ押し返します。この両方の力が働いているため、薄い膜でも空気を包んだ形を保てるのです。
同じ量の空気を包むなら、球がいちばん面積の小さい形
表面張力が働く膜は、なるべく小さな面積になろうとします。中の空気の量が決まっているとき、最も少ない面積で空気を包める立体が「球」です。
例えば、1,000mL（1L）の空気を入れる形を比べてみましょう。一辺が10cmの立方体なら、表面の6つの面を合わせた広さは600平方センチメートルです。これと同じ体積の球は、半径が約6.2cmで、表面の広さは約484平方センチメートルになります。
つまり、同じ量の空気でも、球の方が膜の面積を約116平方センチメートル少なくできます。表面を小さくしようとする力が働くしゃぼん玉にとって、球は無理なく落ち着きやすい形なのです。
四角や星の形の道具で吹いても丸くなるのはなぜ？
しゃぼん玉を作る輪が四角でも、星形でも、空中へ離れた玉は丸くなります。これは、輪の形がそのまま玉の形になるわけではないからです。
輪にくっついている間の膜は、輪のふちに引っ張られているため、その形に合わせて広がります。しかし、吹き出された膜が輪から離れると、ふちに固定されなくなります。すると、表面張力によって膜の面積が小さくなる方向に形が整い、球に近づきます。
名古屋市科学館では、立方体や三角すいの形の枠にしゃぼん膜を張る実験も紹介しています。枠に付いた膜は複雑な形になりますが、空中を自由に飛ぶしゃぼん玉とは条件が違います。
輪の形を変えて確かめるには？
市販のしゃぼん玉用の輪を使い、吹き口の形と、飛んでいく玉の形を比べると違いが分かりやすくなります。
- 丸い輪と、四角やハートなど別の形の輪を用意します。
- 同じしゃぼん玉液を付け、どちらもゆっくり息を吹き込みます。
- 輪に付いている膜と、輪を離れて飛んだ玉の形をそれぞれ観察します。
輪に付いている膜は形が違っても、飛び出した玉はどちらも丸くなろうとするはずです。風の弱い場所の方が確かめやすくなります。しゃぼん玉液を口に入れたり、目に入れたりしないよう気を付けてください。
しゃぼん玉が丸く見えないこともある？
飛んでいるしゃぼん玉は、いつでも完全な球というわけではありません。風で押されたり、飛び出した直後に大きく揺れたりすると、一時的に細長く伸びることがあります。
大きなしゃぼん玉では、膜そのものの重さや空気の流れが形に影響することもあります。JAXAは、重力の影響を受けにくい宇宙の環境では、膜に重さによるゆがみが生じにくくなると説明しています。
また、輪や別の物に膜がくっついているときは、接している部分に合わせて形が変わります。自由に浮いていて、風などの影響が小さいときほど、しゃぼん玉は球に近い形になります。