▷ En una pompa de jabon | Actualizado junio 2024

aspecto de las burbujas de jabón

Soplar burbujas es una actividad divertida. Entender por qué se forman las burbujas y por qué son redondas requiere ciencia. Los cálidos días de verano son un momento perfecto para divertirse aprendiendo sobre la ciencia del agua y el jabón. En primer lugar, pensemos por qué se forman las burbujas. La solución para burbujas que se vende en las jugueterías y los supermercados no es más que una solución de agua y jabón. La solución es mayoritariamente agua, pero el jabón es definitivamente necesario. No se puede hacer una burbuja con agua (¡pruébalo!).

Por tanto, el jabón debe aportar algo importante. Para entender por qué se forman (y duran) grandes burbujas redondas en una solución de agua y jabón, pero no en agua pura, debemos pensar en lo que ocurre a nivel molecular. Las moléculas de agua se atraen entre sí con mucha fuerza (el agua tiene una gran tensión superficial), lo que significa que no se separarán para formar grandes burbujas. El jabón reduce la tensión superficial del agua, lo que permite la formación de burbujas.

Las moléculas de jabón son largas cadenas de átomos. Un extremo de la cadena puede deslizarse entre las moléculas de agua (los científicos dicen que esa parte de la molécula de jabón es hidrofílica), mientras que el otro extremo tiende a quedarse fuera de las moléculas de agua (esa parte es hidrofóbica). Como una parte de la molécula de jabón es capaz de separar las moléculas de agua, el jabón reduce la tensión superficial del agua y permite que las burbujas se formen y duren. Algunas recetas de burbujas contienen algo más que agua y jabón. A menudo se recomiendan la glicerina y el jarabe de maíz. ¿Por qué? Pues porque las burbujas estallan al evaporarse el agua de la película. Tanto la glicerina como el jarabe de maíz pueden ayudar a evitar la evaporación.

física de las burbujas de jabón

¿Has intentado alguna vez hacer una burbuja con agua pura? No funcionará. Existe la idea errónea de que el agua no tiene la tensión superficial necesaria para mantener una burbuja y que el jabón la aumenta, pero en realidad el jabón disminuye la tensión superficial, normalmente a un tercio de la del agua pura. La tensión superficial en el agua pura es demasiado fuerte para que las burbujas duren algún tiempo. Otro problema de las burbujas de agua pura es la evaporación: la superficie se adelgaza rápidamente, lo que hace que revienten.

Las moléculas de jabón están compuestas por largas cadenas de átomos de carbono e hidrógeno. En un extremo de la cadena hay una configuración de átomos a la que le gusta estar en el agua (hidrofílica). El otro extremo evita el agua (hidrofóbico) pero se adhiere fácilmente a la grasa. Al lavar, el extremo “graso” de la molécula de jabón se adhiere a la grasa del plato sucio, dejando que el agua se filtre por debajo. La partícula de grasa se desprende y se rodea de moléculas de jabón, para ser arrastrada por un torrente de agua.

bubblephysics

Una burbuja de jabón es una película extremadamente fina de agua jabonosa que encierra aire y forma una esfera hueca con una superficie iridiscente. Las pompas de jabón suelen durar sólo unos segundos antes de estallar, ya sea por sí solas o al contacto con otro objeto. Suelen utilizarse para el disfrute de los niños, pero también se emplean en espectáculos artísticos. Al juntar varias burbujas se obtiene espuma.

Cuando la luz incide sobre una burbuja, ésta parece cambiar de color. A diferencia de los que se ven en un arco iris, que surgen de la refracción diferencial, los colores que se ven en una pompa de jabón surgen de la interferencia de la luz que se refleja en las superficies delantera y trasera de la fina película de jabón. Dependiendo del grosor de la película, los diferentes colores interfieren de forma constructiva y destructiva.

Las pompas de jabón son ejemplos físicos del complejo problema matemático de la superficie mínima. Adoptarán la forma de menor superficie posible que contenga un volumen determinado. Una verdadera superficie mínima se ilustra mejor con una película de jabón, que tiene la misma presión en el interior que en el exterior, por lo que es una superficie con curvatura media cero. Una burbuja de jabón es una película de jabón cerrada: debido a la diferencia de presión exterior e interior, es una superficie de curvatura media constante.

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Un estudio inspirado en artistas callejeros que hacían burbujas de jabón gigantescas condujo a un descubrimiento en mecánica de fluidos: La mezcla de polímeros de diferentes tamaños moleculares en una solución aumenta la capacidad de una película fina para estirarse sin romperse.

La dinámica de fluidos es uno de los focos de atención del laboratorio de Burton. “Los procesos de la dinámica de fluidos son visualmente hermosos y están en todas partes de nuestro planeta, desde la formación y ruptura de gotas y burbujas hasta la aerodinámica de los aviones y el vuelco de los océanos del mundo”, dice.

Hace unos años, cuando Burton estaba en Barcelona para asistir a una conferencia, vio por casualidad a unos artistas callejeros que hacían enormes burbujas con una solución jabonosa y un grueso hilo de algodón. “Estas burbujas tenían el diámetro de un aro de hula y la longitud de un coche”, recuerda. “También eran hermosas, con cambios de color que iban del rojo al verde y a los tonos azulados en su superficie”.

Al ver el espectáculo, Burton se planteó una cuestión de física: ¿Cómo podía una película tan microscópicamente fina mantener su integridad a una distancia tan grande sin romperse? Empezó a investigar, tanto en su patio como en su laboratorio.