I fisici hanno creato “bolle eterne”

La crosta di marmo (bolla) di acqua/glicerolo gassoso rimane liquida e sferica anche dopo 101 giorni e reagisce come una membrana liquida quando viene perforata. Queste bolle artificiali possono essere utilizzate per fare schiuma solida.

Rose et al., 2022

Soffiare bolle di sapone non manca mai di deliziare il bambino interiore, forse perché intrinsecamente effimere, scoppiano dopo pochi minuti. Ora, i fisici francesi sono riusciti a creare “bolle eterne” di plastica, glicerolo e molecole d’acqua, secondo nuova carta Pubblicato sulla rivista Physical Review Fluids. La bolla più lunga che hanno costruito è durata 465 giorni.

Le bolle hanno sempre affascinato i fisici. Ad esempio, i fisici francesi nel 2016 ho praticato Un modello teorico dell’esatto meccanismo di formazione delle bolle di sapone quando i getti d’aria colpiscono una pellicola di sapone. I ricercatori 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.

nel 2018, informaci Su come i matematici dell’Applied Mathematics Laboratory della New York University mettono a punto come far esplodere una bolla ideale sulla base di una serie di esperimenti con film sottili e sapone. I matematici hanno concluso che era meglio usare un bastoncino circolare di 1,5 pollici (3,8 cm) di circonferenza e soffiare delicatamente a una velocità di 2,7 pollici al secondo (6,9 cm/sec). Soffia a velocità più elevate e la bolla scoppierà. Se usi un bastoncino più piccolo o più grande, accadrà la stessa cosa.

E nel 2020, I fisici hanno deciso Uno dei componenti chiave per la creazione di bolle giganti è la miscelazione di polimeri di diverse lunghezze dei fili. Produce un film di sapone capace di questo Allunga abbastanza sottile Per fare una bolla gigante senza rompersi. I fili di polimero si aggrovigliano, come una palla di pelo, formando fili più lunghi che non si desidera disfare. Nella giusta combinazione, il polimero consente alla pellicola di sapone di raggiungere il “punto debole” che è appiccicoso ma anche estensibile, ma non così elastico da strapparsi. La modifica della lunghezza dei filamenti polimerici ha prodotto una pellicola di sapone più stabile.

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Gli scienziati sono anche interessati a prolungare la vita delle bolle. Le bolle assumono naturalmente la forma di una palla: un volume d’aria ricoperto da una sottilissima pelle liquida che isola ogni bolla in una schiuma dalle sue vicine. Le bolle devono il loro stile geometrico al fenomeno della tensione superficiale, la forza che nasce dall’attrazione molecolare. Maggiore è la superficie, maggiore è l’energia necessaria per mantenere una forma particolare, motivo per cui le bolle si sforzano di prendere la forma con la superficie minima: una sfera.

Confronta la durata della vita di tre tipi di bolle.  (a) Bolla di sapone, 1 minuto;  (b) Acqua gas marmorizzata, 6-9 minuti;  (c) Marmo acqua/glicerolo gas, +101 gg.
Ingrandisci / Confronta la durata della vita di tre tipi di bolle. (a) Bolla di sapone, 1 minuto; (b) Acqua gas marmorizzata, 6-9 minuti; (c) Marmo acqua/glicerolo gas, +101 gg.

A. Rowe et al. 2022

Tuttavia, la maggior parte delle bolle scoppia in pochi minuti in un’atmosfera normale. Nel tempo, l’attrazione gravitazionale fa defluire gradualmente il liquido verso il basso, mentre la componente liquida evapora lentamente. Man mano che la quantità di liquido diminuisce, le “pareti” delle bolle diventano molto sottili e le piccole bolle nella schiuma si uniscono per formare bolle più grandi. La combinazione di questi due effetti è chiamata “rugosità”. L’aggiunta di un tipo di tensioattivo mantiene la tensione superficiale dal collasso delle bolle rafforzando le pareti del sottile film liquido che le separa. Ma alla fine succede sempre l’inevitabile.

Nel 2017 i fisici francesi trovato Un tappo sferico in microgranuli di plastica può immagazzinare gas compresso in un piccolo volume. I fisici hanno chiamato questi oggetti “palle di gas”. Gli oggetti sono associati alle cosiddette biglie liquide: goccioline di liquido ricoperte da grani microscopici resistenti ai liquidi, che possono rotolare su una superficie solida senza rompersi. Sebbene le proprietà meccaniche del marmo gassoso siano state oggetto di molti studi, nessuno ha condotto esperimenti per esplorare la longevità del marmo.

Così Emrick Rowe dell’Università di Lille e diversi colleghi hanno deciso di colmare questa lacuna. Hanno provato tre diversi tipi di bolle: bolle di sapone standard, biglie di gas fatte con acqua e biglie di gas fatte con acqua e glicerina. Per fare le proprie palle di gas, Roo et al. Le particelle di plastica vengono sparse sulla superficie di un bagnomaria, che si aggregano per formare una zattera granulare. Quindi i ricercatori hanno iniettato un po’ d’aria con una siringa appena sotto la zattera per formare bolle e hanno usato un cucchiaio per spingere le bolle sulla zattera fino a quando la superficie di ciascuna bolla è stata completamente ricoperta di particelle di plastica.

Periodo di validità di film liquidi fissati a un telaio metallico.  (l) telai orizzontali;  (R) Quadro gerarchico.
Ingrandisci / Periodo di validità di film liquidi fissati a un telaio metallico. (l) telai orizzontali; (R) Quadro gerarchico.

Rose et al., 2022

Le bolle di sapone standard scoppiano in circa un minuto, come previsto. Ma Ro e altri. Ha scoperto che il rivestimento di particelle di plastica ha neutralizzato in modo significativo il processo di drenaggio delle sfere di gas a base d’acqua, che sono crollate tra i sei ei 60 minuti. Per prolungare ulteriormente la vita, i ricercatori dovevano anche neutralizzare l’evaporazione.

Quindi hanno aggiunto il glicerolo all’acqua. Secondo gli autori, il glicerolo contiene un’alta concentrazione di gruppi ossidrilici, che, a loro volta, hanno una forte affinità con le molecole d’acqua, che porta alla formazione di forti legami idrogeno. Quindi il glicerolo è in grado di assorbire meglio l’acqua rispetto all’aria, compensando così l’evaporazione. Le palline di acqua e gas con glicerina durano molto più a lungo: da cinque settimane a 465 giorni, il che ha consentito ai ricercatori di determinare il miglior rapporto tra acqua e glicerina: la ricetta ideale per il marmo gassoso a lunga durata.

Il lavoro dei ricercatori va oltre le bolle. Sono stati anche in grado di realizzare forti film liquidi compositi e modellarli in corpi diversi immergendo un telaio metallico sotto una superficie liquida ricoperta da uno strato di particelle di plastica inceppata. Il telaio ha raccolto pellicole rivestite di particelle mentre venivano sollevate lentamente in superficie. Soprattutto e altri. Sono stati in grado di costruire una forma piramidale 3D da un film liquido acquoso/glicerolo. La piramide è durata più di 378 giorni (e il numero è in aumento).

DOI: Fluids of Physical Review, 2022. 10.1103/ PhysRevFluids.7.L011601 (Informazioni sui DOI).

Immagine dell’elenco di A. Roux et al, 2022

Elma Zito

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