La chimica dietro a come si crea una bolla di sapone gigante da record

Una bolla; e Pexel

Il 20 luglio 2015, Gary Pearlman e un piccolo gruppo di appassionati si sono riuniti in un parco a Cleveland, Ohio, per un tentativo di record mondiale. L'obiettivo: creare la più grande bolla di sapone galleggiante della storia.

L'attrezzatura di Pearlman consisteva in un paio di canne da pesca con uno spago legato tra di loro. Immerse la corda in una speciale miscela di acqua, sapone e additivi polimerici e la sollevò in aria. Questo ha sollevato la soluzione, creando un sottile foglio di pellicola saponosa. Mentre Pearlman agitava le bacchette, il movimento dell'aria allungava ed estendeva la pellicola saponosa, formando una bolla gigante.

Allo stesso tempo, osservatori indipendenti hanno fotografato la bolla da varie angolazioni in modo da poterne calcolare il volume. Si è rivelato essere 96,27 metri cubi (3.399,74 piedi cubi), il più grande mai misurato. Quel giorno, Pearlman giustamente prese il suo posto nel Guinness dei primati

Nel pantheon delle conquiste scientifiche, la creazione di bolle di sapone giganti è purtroppo sottovalutata. Eppure pone una serie di enigmi che hanno affascinato Stephen Frazier e colleghi della Emory University di Atlanta.

Sottolineano che una bolla è composta da una pellicola fragile spessa solo pochi micrometri, eppure il gigante da record di Pearlman doveva avere una superficie di oltre 100 metri quadrati. Un singolo foro può far scoppiare la bolla. Come vengono creati film così grandi e come rimangono stabili? chiedi a Frazier e co.

Oggi il team fornisce alcune risposte. Questi ragazzi hanno studiato le proprietà delle pellicole di sapone e come cambiano quando vengono aggiunti polimeri di diverso tipo. I risultati forniscono una visione unica della scienza della formazione di bolle e delle condizioni atmosferiche più favorevoli per i tentativi di record mondiale.

Prima un po' di background. Gli appassionati di bolle hanno discusso a lungo delle migliori miscele per la loro arte. Per chi è interessato a fare bolle giganti, il Bolla di sapone Wiki contiene una vasta gamma di informazioni empiriche e ricette per soluzioni di bolle ottimali, affermano Frazier e co.

Il consenso è che le migliori miscele a bolle contengano acqua, un detersivo sotto forma di detersivo per piatti (Dawn Pro sembra essere il preferito), e un mix di polimeri, lunghe molecole a catena che aumentano la viscosità del fluido. I polimeri preferiti sono il polietilene ossido (chiamato anche polietilenglicole), spesso utilizzato nelle creme per la pelle, e la gomma di guar, un comune addensante alimentare estratto dai fagioli di guar.

I polimeri sono importanti. Il Soap Bubble Wiki afferma che è quasi impossibile creare bolle giganti senza di esse. Ma esattamente quello che fanno è poco compreso. Il ruolo preciso che svolgono i polimeri è un po' un mistero, dice il wiki.

Entrano Frazier e compagni, che studiano alcune delle proprietà che i polimeri danno alle miscele di bolle. Identifichiamo alcuni dei meccanismi fisici sottostanti che danno origine a bolle giganti, dicono.

Il loro metodo è semplice. Creano una gamma di miscele a base di acqua, Dawn Pro e varie concentrazioni di gomma di guar o ossido di polietilene. E studiano le proprietà di questi fluidi in due modi diversi.

Innanzitutto, eseguono un test di gocciolamento in cui si forma una gocciolina e poi cade da una pipetta. Filmano questo processo usando una telecamera ad alta velocità. In particolare si studia come, nel momento in cui una goccia cade, si formi un filo tra la goccia e la pipetta.

Creano anche un foglio di pellicola usando uno spago immerso nel fluido. Usano un sensore a infrarossi per misurare lo spessore di questo film, come cambia prima che il foglio scoppi e come i polimeri possono prolungare questa durata.

I risultati costituiscono una lettura interessante. Le soluzioni di formazione delle bolle più robuste sono quelle che consentono di tirare il filo di collegamento in modo continuo senza rompersi. è facile immaginare che l'aggiunta di polimeri con catene più lunghe in concentrazioni sempre crescenti sia il modo migliore per farlo.

Ma Frazier e compagni affermano che i risultati non lo supportano. Le soluzioni più robuste per fare bolle hanno concentrazioni intermedie e una miscela di polimeri di vari pesi molecolari, che consentono di aspirare continuamente un grande volume di liquido in una pellicola senza rompersi, dicono.

Lo dimostrano aggiungendo ossido di polietilene che era stato intenzionalmente degradato alla luce del sole per sei mesi. Nel processo, la luce solare avrebbe scomposto le molecole in catene più corte, creando una miscela di varie lunghezze. Questo risulta creare la soluzione più robusta.

Il motivo esatto per cui funziona è un enigma. Frazier e co ipotizzano che le catene più corte agiscano da collegamenti tra i polimeri più lunghi e più grandi in soluzione. A nostra conoscenza, la prova di questo comportamento non è stata riportata in letteratura e viene lasciata per studi futuri incentrati sulla reologia estensionale, dicono.

La ricerca getta anche un po' di luce sulle condizioni atmosferiche più adatte a fare bolle giganti. Un fattore chiave è la longevità del film saponoso: i film più longevi consentono bolle più grandi.

Gli additivi polimerici aumentano la longevità, ma nessuno è sicuro del perché. Una possibilità è che rendano i film più spessi. Un altro è che i polimeri impediscono all'acqua di defluire dal film e quindi ne prolungano la durata.

Frazier e compagni hanno acquisito alcune informazioni su questo enigma. Dicono che un fattore chiave per rafforzare il film è la concentrazione di polimero al suo interno, e questo aumenta man mano che l'acqua viene rimossa. Tuttavia, se viene rimossa troppa acqua, la pellicola diventa troppo sottile e si rompe. Quindi c'è un attento equilibrio sul lavoro.

Due fattori possono rimuovere l'acqua. Il primo è la gravità, che drena l'acqua dalla pellicola saponosa. Il secondo è l'evaporazione, che è significativa a causa dell'enorme superficie del film.

Frazier e colleghi affermano che aumentare l'umidità nei loro esperimenti aumenta anche la durata delle bolle. Ciò suggerisce che l'evaporazione deve essere ridotta al minimo per evitare che la pellicola diventi troppo sottile. Non c'è da meravigliarsi se molti appassionati di bolle preferiscono le calde e umide giornate estive per fare le bolle più grandi, dicono.

È un lavoro interessante che getta nuova luce sulla fisica dei film sottili. Rivela anche un effetto precedentemente sconosciuto nel modo in cui polimeri di diverse lunghezze interagiscono per aumentare la resistenza di una pellicola. Questo è un effetto che deve essere studiato più in dettaglio.

È anche un lavoro che Gary Pearlman potrebbe trovare utile, se dovesse provare a battere il suo record mondiale in futuro.

Rif: arxiv.org/abs/1908.00537 : Come fare una bolla gigante

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