Tutti amano le bolle, indipendentemente dall’età: più grande è, meglio è. Ma per soffiare bolle davvero grandi, su scala mondiale, richiede una miscela di bolle molto precisa. I fisici hanno determinato che un ingrediente chiave è la miscelazione in polimeri di varia lunghezza del filo, secondo un nuovo documento in Physical Review fluidi. Che produce un film di sapone in grado di allungare sufficientemente sottile per fare una bolla gigante senza rompersi.

Le bolle possono sembrare frivole, ma c’è qualche complessa fisica sottostante, e quindi il loro studio è stato a lungo una scienza seria. Nel 1800, il fisico belga Joseph Plateau delineò quattro leggi fondamentali della tensione superficiale che determinano la struttura dei film saponati. La tensione superficiale è il motivo per cui le bolle sono rotonde; quella forma ha la superficie minima per un dato volume, quindi richiede la minima energia da mantenere. Nel corso del tempo, quella forma inizierà a sembrare più un pallone da calcio che una sfera perfetta mentre la gravità tira il liquido verso il basso (“ingrossamento”).

Bolle e schiume rimangono un’area di ricerca attiva. Ad esempio, nel 2016, i fisici francesi hanno elaborato un modello teorico per il meccanismo esatto per come si formano le bolle di sapone quando i getti d’aria colpiscono un film saponato. Hanno scoperto che le bolle si formano solo al di sopra di una certa velocità, che a sua volta dipende dalla larghezza del getto d’aria. Se il getto è largo, ci sarà una soglia inferiore per formare bolle e quelle bolle saranno più grandi di quelle prodotte da getti più stretti, che hanno soglie di velocità più elevate. Questo è quello che sta succedendo, dal punto di vista fisico, quando soffiiamo bolle attraverso una piccola bacchetta di plastica: il getto si forma sulle nostre labbra ed è più largo della pellicola saponata sospesa all’interno della bacchetta.

Nel 2018, abbiamo riportato su come i matematici del Laboratorio di matematica applicata della New York University avevano messo a punto il metodo per soffiare ulteriormente la bolla perfetta sulla base di esperimenti simili con film sottili saponati. Hanno concluso che è meglio usare una bacchetta circolare con un perimetro da 1,5 pollici e soffiare delicatamente a un costante 6,9 cm/s. Soffiare a velocità più elevate e la bolla scoppierà. Usa una bacchetta più piccola o più grande e succederà la stessa cosa.

Ma che dire di soffiare bolle gigantesche o film di sapone lunghi e sottili che possono estendersi su due storie? Justin Burton, coautore dell’ultimo articolo e fisico della Emory University specializzato in fluidodinamica, è stato incuriosito dall’argomento in una conferenza a Barcellona. Vide artisti di strada che producono bolle giganti circa il diametro di un hula hoop e fino a quando una macchina.

Era particolarmente incuriosito dallo spostamento dell’arcobaleno di colori sulla superficie delle bolle. Questo effetto è dovuto a motivi di interferenza creati quando la luce riflette le due superfici del film. Per Burton, questo era anche un’indicazione che lo spessore del sapone era di pochi micron, approssimativamente equivalente alla lunghezza d’onda della luce. Fu sorpreso che un film di sapone potesse rimanere intatto quando allungato così sottile in una bolla gigante e iniziò a fare i suoi esperimenti, sia in laboratorio che nel suo cortile.

Mentre sfogliando l’accesso aperto Bolla di sapone Wiki, ha notato che la maggior parte delle ricette preferite per soluzione bolla incluso un polimero—guar di solito naturale (un additivo alimentare ispessimento comune) o un lubrificante medico (polietilenglicole).

Usando queste ricette come guida, “Abbiamo praticamente iniziato a fare bolle e farle scoppiare, e abbiamo registrato la velocità e la dinamica di quel processo”, ha detto Burton. “Concentrarsi su un fluido nei suoi momenti più violenti può dirti molto sulla sua fisica sottostante.”

L’obiettivo finale era quello di determinare le proporzioni perfette per una miscela di bolle per produrre bolle gigantesche: qualcosa con un po ‘di allungamento, ma non troppo, dove il fluido scorre un po’, ma non troppo—in altre parole, i riccioli d’oro delle miscele di bolle.

Come scrive Lissie Connors a Physics Buzz:

Per il loro esperimento, i ricercatori hanno creato varie miscele di acqua, sapone e polimeri a catena lunga per creare le loro bolle. Sfortunatamente, soffiare una bolla di 100 m3 è uno scarso uso dello spazio di laboratorio e abbastanza difficile da misurare con precisione, quindi i film di sapone sono stati creati usando una corda di cotone e lo spessore è stato misurato usando la luce infrarossa. Oltre a misurare lo spessore, hanno anche monitorato la durata di ogni film.

Burton e il suo team hanno concluso che erano i fili polimerici la chiave per produrre bolle giganti, confermando la saggezza collettiva online. “I fili polimerici si impigliano, qualcosa come una palla di pelo, formando fili più lunghi che non vogliono rompersi”, ha detto Burton. “Nella giusta combinazione, un polimero consente a un film di sapone di raggiungere un “punto dolce” viscoso ma anche elastico, ma non così elastico da strapparlo.”

Il team ha anche scoperto che variando la lunghezza dei fili polimerici si otteneva un film di sapone più robusto. “I polimeri di diverse dimensioni diventano ancora più impigliati dei polimeri di dimensioni singole, rafforzando l’elasticità del film”, ha affermato Burton. “Questa è una scoperta di fisica fondamentale.”

Puoi trovare la ricetta della bolla gigante di Burton nella barra laterale. Ma attenzione: ci sono alcuni fattori che non possono essere controllati in un ambiente reale (al contrario dell’ambiente di laboratorio di Burton), come i livelli di umidità.

DOI: Physical Review Fluids, 2020. 10.1103 / PhysRevFluids.5.013304 (A proposito di DOI).