A todo el mundo le encantan las burbujas, independientemente de la edad, cuanto más grandes, mejor. Pero para soplar burbujas realmente grandes, a escala de récord mundial, se requiere una mezcla de burbujas muy precisa. Los físicos han determinado que un ingrediente clave es la mezcla en polímeros de longitudes de hebra variables, según un nuevo artículo en Physical Review Fluids. Eso produce una película de jabón capaz de estirarse lo suficientemente delgada como para hacer una burbuja gigante sin romperse.

Las burbujas pueden parecer frívolas, pero hay algo de física subyacente compleja, y por lo tanto su estudio ha sido durante mucho tiempo una ciencia seria. En la década de 1800, el físico belga Joseph Plateau esbozó cuatro leyes básicas de tensión superficial que determinan la estructura de las películas jabonosas. La tensión superficial es la razón por la que las burbujas son redondas; esa forma tiene la menor superficie para un volumen dado, por lo que requiere la menor energía para mantenerse. Con el tiempo, esa forma comenzará a parecerse más a una pelota de fútbol que a una esfera perfecta a medida que la gravedad tira del líquido hacia abajo («rugosidad»).

Burbujas y espumas siendo un área activa de investigación. Por ejemplo, en 2016, físicos franceses elaboraron un modelo teórico para el mecanismo exacto de cómo se forman las burbujas de jabón cuando los chorros de aire golpean una película jabonosa. Encontraron que las burbujas solo se formaban por encima de una cierta velocidad, que a su vez depende de la anchura del chorro de aire. Si el chorro es ancho, habrá un umbral más bajo para la formación de burbujas, y esas burbujas serán más grandes que las producidas por chorros más estrechos, que tienen umbrales de velocidad más altos. Eso es lo que pasa, en cuanto a física, cuando soplamos burbujas a través de una pequeña varita de plástico: el chorro se forma en nuestros labios y es más ancho que la película jabonosa suspendida dentro de la varita.

En 2018, informamos sobre cómo los matemáticos del Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York habían afinado aún más el método para soplar la burbuja perfecta basándose en experimentos similares con películas delgadas jabonosas. Concluyeron que es mejor usar una varita circular con un perímetro de 1,5 pulgadas y soplar suavemente a una velocidad constante de 6,9 cm/s. Soplar a velocidades más altas y la burbuja estallará. Usa una varita más pequeña o más grande y sucederá lo mismo.

Pero, ¿qué tal soplar burbujas gigantescas o películas de jabón largas y delgadas que puedan abarcar dos pisos? Justin Burton, coautor del último artículo y físico de la Universidad de Emory especializado en dinámica de fluidos, se interesó por primera vez por el tema en una conferencia en Barcelona. Vio artistas callejeros produciendo burbujas gigantes del diámetro de un aro de hula y tan largas como un automóvil.

Estaba especialmente intrigado por el cambiante arco iris de colores en la superficie de las burbujas. Este efecto se debe a los patrones de interferencia creados cuando la luz se refleja en las dos superficies de la película. Para Burton, esto también era una indicación de que el grosor del jabón era de solo unas pocas micras, aproximadamente equivalente a la longitud de onda de la luz. Se sorprendió de que una película de jabón pudiera permanecer intacta cuando se estiraba tan delgada en una burbuja gigante y comenzó a hacer sus propios experimentos, tanto en el laboratorio como en su propio patio trasero.

Mientras hojeaba el Wiki de burbujas de jabón de acceso abierto, notó que la mayoría de las recetas favoritas para la solución de burbujas incluían un polímero, generalmente guar natural (un aditivo alimentario espesante común) o un lubricante médico (polietilenglicol).

Usando esas recetas como guía, «Básicamente comenzamos a hacer burbujas y hacerlas estallar, y registramos la velocidad y la dinámica de ese proceso», dijo Burton. «Centrarse en un fluido en sus momentos más violentos puede decirte mucho sobre su física subyacente.»

El objetivo final era determinar las proporciones perfectas para que una mezcla de burbujas produjera burbujas gigantescas: algo con un poco de estiramiento, pero no demasiado, donde el fluido fluye un poco, pero no demasiado, en otras palabras, los Ricitos de oro de las mezclas de burbujas.

Como Lissie Connors escribe en Physics Buzz:

Para su experimento, los investigadores crearon varias mezclas de agua, jabón y polímeros de cadena larga para hacer sus burbujas. Desafortunadamente, soplar una burbuja de 100 m3 es un mal uso del espacio de laboratorio y bastante difícil de medir con precisión, por lo que las películas de jabón se crearon con una cuerda de algodón y el grosor se midió con luz infrarroja. Además de medir el grosor, también rastrearon la vida útil de cada película.

Burton y su equipo concluyeron que eran los hilos poliméricos los que eran la clave para producir burbujas gigantes, confirmando la sabiduría colectiva en línea. «Las hebras de polímero se enredan, algo así como una bola de pelo, formando hebras más largas que no quieren romperse», dijo Burton. «En la combinación correcta, un polímero permite que una película de jabón alcance un ‘punto dulce’ viscoso pero también elástico, pero no tan elástico que se rompa.»

El equipo también encontró que variar la longitud de las hebras de polímero resultó en una película de jabón más resistente. «Los polímeros de diferentes tamaños se enredan aún más que los polímeros de un solo tamaño, lo que fortalece la elasticidad de la película», dijo Burton. «Ese es un descubrimiento fundamental de la física.»

Puedes encontrar la receta de burbujas gigantes de Burton en la barra lateral. Pero tenga cuidado: hay algunos factores que no se pueden controlar en un entorno del mundo real (a diferencia del entorno de laboratorio de Burton), como los niveles de humedad.

DOI: Physical Review Fluids, 2020. 10.1103 / FisrEvfLuidos.5.013304 (Acerca de DOIs).