Los físicos crearon ‘burbujas eternas’

Soplar pompas de jabón nunca deja de deleitar al niño interior, tal vez porque son intrínsecamente efímeras y estallan después de solo unos minutos. Ahora, físicos franceses han logrado crear “burbujas eternas” de moléculas de plástico, glicerol y agua, según nuevo papel Publicado en la revista Physical Review Fluids. La burbuja más larga que construyeron duró 465 días.

Las burbujas siempre han fascinado a los físicos. Por ejemplo, los físicos franceses en 2016 yo practiqué Un modelo teórico del mecanismo exacto de cómo se forman las pompas de jabón cuando los chorros de aire golpean una película de jabón. Los investigadores encontraron que las burbujas se forman solo por encima de cierta velocidad, que a su vez depende del ancho del chorro de aire.

en 2018, informenos Sobre cómo los matemáticos del Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York afinan cómo soplar una burbuja ideal basándose en una serie de experimentos con películas delgadas y jabón. Los matemáticos concluyeron que lo mejor era utilizar un palo circular de 3,8 cm (1,5 pulgadas) de circunferencia y soplar suavemente a una velocidad de 6,9 ​​cm/s (2,7 pulgadas por segundo). Sople a mayor velocidad y la burbuja estallará. Si usa un palo más pequeño o más grande, sucederá lo mismo.

Y en 2020, Los físicos decidieron Uno de los componentes clave para crear burbujas gigantes es mezclar polímeros de diferentes longitudes de hilo. Produce una película de jabón capaz de eso. Estírate lo suficientemente delgado Para hacer una burbuja gigante sin romperse. Las hebras de polímero se enredan, como una bola de pelo, formando hebras más largas que no querrás desenredar. En la combinación correcta, el polímero permite que la película de jabón alcance el “punto dulce” que es pegajoso pero también estirable, solo que no tanto como para romperse. Cambiar la longitud de los filamentos de polímero dio como resultado una película de jabón más estable.

Los científicos también están interesados ​​en extender la vida de las burbujas. Las burbujas toman naturalmente la forma de una bola: un volumen de aire cubierto por una capa líquida muy fina que aísla cada burbuja en una espuma de sus vecinas. Las burbujas deben su estilo geométrico al fenómeno de la tensión superficial, la fuerza que surge de la atracción molecular. Cuanto mayor sea el área de superficie, más energía se requiere para mantener una forma particular, razón por la cual las burbujas se esfuerzan por tomar la forma con la menor área de superficie: una esfera.

Sin embargo, la mayoría de las burbujas estallan en cuestión de minutos en una atmósfera normal. Con el tiempo, la atracción gravitacional hace que el líquido se drene gradualmente hacia abajo, al mismo tiempo, el componente líquido se evapora lentamente. A medida que disminuye la cantidad de líquido, las “paredes” de las burbujas se vuelven muy delgadas y las pequeñas burbujas de la espuma se combinan para formar burbujas más grandes. La combinación de estos dos efectos se denomina “rugosidad”. Agregar un tipo de surfactante evita que la tensión superficial colapse las burbujas al fortalecer las paredes de la película delgada de líquido que las separa. Pero al final, siempre sucede lo inevitable.

En 2017, los físicos franceses Lo encontré Una tapa de bola hecha de gránulos de microplástico puede almacenar gas comprimido en un volumen pequeño. Los físicos han llamado a estos objetos “bolas de gas”. Los objetos están asociados con las llamadas canicas líquidas: gotas de líquido recubiertas con granos microscópicos resistentes a los líquidos, que pueden rodar sobre una superficie sólida sin romperse. Si bien las propiedades mecánicas del mármol de gas han sido objeto de muchos estudios, nadie ha realizado experimentos para explorar la longevidad del mármol.

Así que Emrick Rowe de la Universidad de Lille y varios colegas decidieron llenar este vacío. Probaron tres tipos diferentes de burbujas: pompas de jabón estándar, canicas de gas hechas con agua y canicas de gas hechas con agua y glicerina. Para hacer sus propias bolas de gas, Roo et al. Las partículas de plástico se extienden sobre la superficie de un baño de agua, que se agrupan para formar una balsa granular. Luego, los investigadores inyectaron un poco de aire con una jeringa justo debajo de la balsa para formar burbujas y usaron una cuchara para empujar las burbujas sobre la balsa hasta que la superficie de cada burbuja estuvo completamente cubierta con partículas de plástico.

Las pompas de jabón estándar estallan en aproximadamente un minuto, como se esperaba. pero Ro y otros. Encontró que el recubrimiento de partículas de plástico neutralizó significativamente el proceso de drenaje de las bolas de gas a base de agua, que colapsaron entre seis y 60 minutos. Para prolongar aún más la vida, los investigadores también necesitaban neutralizar la evaporación.

Entonces agregaron glicerol al agua. Según los autores, el glicerol contiene una alta concentración de grupos hidroxilo que, a su vez, tienen una fuerte afinidad con las moléculas de agua, lo que conduce a la formación de fuertes enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, el glicerol puede absorber mejor el agua que el aire, compensando así la evaporación. Las bolas de agua y gas de glicerina duran mucho más: de cinco semanas a 465 días, lo que ha permitido a los investigadores determinar la mejor proporción de agua a glicerina: la receta ideal para el mármol gaseoso de larga duración.

El trabajo de los investigadores se extiende más allá de las burbujas. También pudieron hacer películas líquidas compuestas fuertes y darles forma en diferentes cuerpos sumergiendo un marco de metal debajo de una superficie líquida cubierta con una capa de partículas de plástico atascadas. El marco recogió películas recubiertas de partículas a medida que subían lentamente a la superficie. Más destacado y otros. Pudieron construir una forma piramidal en 3D a partir de una película líquida acuosa/glicerol. La pirámide duró más de 378 días (y el número va en aumento).

DOI: Fluidos de revisión física, 2022. 10.1103/Fluidos PhysRev.7.L011601 (Acerca de los DOI).

Imagen de lista de A. Roux et al, 2022