Maggio 28, 2022

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Fisica: ecco la ricetta per una bolla eterna!

Morti annunciate: le bolle di sapone scoppiano dopo pochi secondi. Tuttavia, alcuni artisti sono riusciti a prolungare di pochi minuti la vita dell’opera temporanea. Se il fenomeno fisico fa sognare poeti e bambini, allora ha suscitato l’interesse degli scienziati per molto tempo. Come viene mantenuta questa struttura sferica? Perché è esploso? I fisici consideravano la culla di questa fugace bellezza. Tre fate malvagie le lanciano un incantesimo omicida. Per prolungarne la vita, alcuni scienziati hanno realizzato un’armatura a corsetto appositamente progettata per scongiurare il morso del fuso e mantenere la sua attraente forma rotonda. Ma nessuno è ancora riuscito a contrastare il fenomeno dell’evaporazione… fino ad oggi! Da Scienziati Dall’Istituto di Elettronica, Microelettronica e Nanotecnologie (IEMN) dell’Università di Lille, ho finalmente trovato l’ultimo ingrediente nella ricetta per una bolla eterna, il glicerolo.

>>Leggi anche: Qual è la dimensione massima che possono raggiungere le bolle di sapone?

© A. Roux et al, IEMN, Phys. pastore. Fluidi L011601 (2022) / APS

Una ricetta per “bolle” a tempo indeterminato

1- Prendi una capsula di Petri.

2- Riempilo con una miscela di acqua e glicerina.

3- Spruzzare l’intera superficie con microparticelle di plastica parzialmente inumidita (qui bianche).

4- Utilizzando una siringa, iniettare alcuni millilitri di aria nell’acqua. Una bolla d’aria inizia a disegnare una protuberanza sulla sottile pellicola bianca. Quest’ultimo appare e si deposita in superficie.

5- Usando la spatola, arrotolalo delicatamente sulla superficie lucida per ricoprire l’intera superficie di particelle.

Ecco qua, hai una bolla d’aria in stile Lil che è quasi senza tempo, anche se sembra più una pallina di cocco asiatica che un modello fisico. Successivamente, la bolla, posta su un supporto in teflon, è stata sottoposta a regolare monitoraggio della sua massa e forma nel tempo.

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Bolla: fragile equilibrio

Perché scoppia la bolla? La prima e più evidente riguarda la fragilità del suo muro. Una bolla d’aria è in realtà un singolo strato d’acqua racchiuso tra due strati d’aria. Un granello di polvere potrebbe distruggere l’integrità del suo muro.

Il secondo killer della bolla è la gravità. Questa forza fa “fluire” le molecole d’acqua dalla parete verso il basso. Nella parte superiore della bolla, tende a diventare più sottile, il che la rende più fragile. Meno di pochi nanometri di spessore, si rompe.

Quindi i ricercatori hanno cercato di rafforzare il muro, prima con tensioattivi che riducono la tensione superficiale. Il più popolare è il detersivo per piatti. Quest’ultimo allunga la vita, ma non li protegge da attacchi fisici. La versione con involucro di plastica indica un ulteriore successo. Questo “scudo” di particelle fini è un modello ibrido, semiliquido, semisolido. I ponti d’acqua si formano effettivamente tra ogni particella fine, proprio come la sabbia bagnata che aiuta a mantenere l’intera struttura di un castello di sabbia. Una volta che si asciuga, si sgonfia. Queste particelle, che hanno una dimensione di cento micrometri, non sono fatte di alcun materiale. Ha il cosiddetto effetto di “idratazione parziale” per poter formare legami con le molecole d’acqua ed avere questo effetto “cementario”.

bolla sferica

© Pixabay

Perché la bolla è sferica?

Una bolla è un sottile “strato” d’acqua nel mezzo di uno strato d’aria. Tuttavia, in un liquido, le molecole d’acqua entrano in contatto tra loro. Creano legami tra loro. D’altra parte, nell’aria, le molecole di gas sono molto distanti e non si legano tra loro. Quindi l’aria rompe alcuni dei legami delle molecole d’acqua che interagiscono con l’aria. Questo crea uno squilibrio che costa energia. Tuttavia, la natura si sforza di ridurre l’energia superficiale. La sfera che genera la minore energia superficiale (la tensione superficiale di un liquido) a volume costante è una sfera. Questo è il motivo per cui i tensioattivi stabilizzano le bolle abbassando il famoso tensioattivo.

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Glicerina per combattere l’evaporazione

Il terzo motivo per lo scoppio della bolla è evaporazione. Riduce gradualmente e inevitabilmente lo spessore del muro fino all’arrivo della morte. Abbiamo cercato una molecola in grado di assorbire l’umidità dall’atmosfera per compensare la perdita d’acqua. Il glicerolo sembrava essere un buon candidato. Infatti, con i suoi tre gruppi ossidrile, possiede una spiccata capacità igroscopica. Attrae l’acqua. Abbiamo osservato che la massa delle bolle si sviluppava in base all’umidità ambientale. La glicerina rafforza la parete della bolla attraverso la sua viscosità e limita l’evaporazione. La bolla diventa quasi immortale”, spiega Michael Baudouin, professore a Lille e ricercatore all’IEMN. Poco prima che scoppiasse, il team ha notato che aveva cambiato colore. I microrganismi potrebbero nutrirsi di glicerolo? Avrebbe cambiato la composizione del fluido e malfunzionamento? Era prevista un’autopsia Hero Defender Un avviso per i biologi che amano le bolle.

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Divertimento in fisica

È probabile che queste bolle diano una schiuma liquida super stabile. Un’applicazione che potrebbe interessare i militari è la sua capacità di assorbire le onde d’urto, o forse aerospaziale per ridurre il livello di vibrazione dei lanciatori. Ma per Michael “è soprattutto ricerca fondamentale. Questo esperimento ci permette di comprendere la fisica. Einstein non sapeva che la relatività avrebbe giocato un ruolo fondamentale nel funzionamento del GPS! Il ricercatore intende continuare a godere della fisica delle bolle, in particolare per capire perché l’eccesso di pressione nella bolla (pressione di Laplace) diminuisce gradualmente nel tempo.L’indagine è in corso…

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