Un estudio inspirado en artistas callejeros que hacen pompas de jabón gigantes condujo a un descubrimiento en la mecánica de fluidos:mezclar diferentes tamaños moleculares de polímeros en una solución aumenta la capacidad de una película delgada para estirarse sin romperse.

El periódico Fluidos de revisión física publicó los resultados del estudio realizado por físicos de la Universidad de Emory. Los hallazgos podrían conducir a la mejora de procesos como el flujo de aceites a través de tuberías industriales y la eliminación de espumas contaminantes en arroyos y ríos.

Los resultados también tienen implicaciones para los entusiastas de hacer burbujas en el patio trasero.

"Este estudio definitivamente pone la diversión en la ciencia fundamental, "dice Justin Burton, profesor asociado de física en la Universidad de Emory y autor principal del artículo.

La dinámica de fluidos es uno de los enfoques del laboratorio de Burton. "Los procesos de dinámica de fluidos son visualmente hermosos y están en todas partes de nuestro planeta, desde la formación y desintegración de gotas y burbujas hasta la aerodinámica de los aviones y el vuelco de los océanos del mundo en las profundidades marinas, " él dice.

Mientras Burton estaba en Barcelona para una conferencia hace unos años, por casualidad vio a artistas callejeros haciendo grandes burbujas con una solución de jabón y un hilo de algodón grueso. "Estas burbujas tenían aproximadamente el diámetro de un hula hoop y el largo de un automóvil, ", recuerda." También eran hermosos, con cambios de color de rojo a verde a tonos azulados en su superficie ".

Este efecto de arco iris muestra que el grosor de una película es comparable a la longitud de onda de la luz, o solo unas pocas micras, el explica.

Ver la actuación provocó una pregunta de física en la mente de Burton:¿Cómo podría una película tan microscópicamente delgada mantener su integridad a una distancia tan grande sin romperse? Comenzó a investigar, tanto en su patio trasero como en su laboratorio.

Mientras Burton investigaba recetas de burbujas, se encontró con la Wiki de las burbujas de jabón, una en línea, proyecto de código abierto. La wiki afirma que su objetivo es ayudar a los "burbujeantes" a crear "la burbuja perfecta" separando los hechos del folclore con respecto a las recetas y los ingredientes para hacer pompas de jabón.

Además de agua y líquido para lavar platos, Las recetas de Soap Bubble Wiki generalmente incluían un polímero, una sustancia formada por largas cadenas de moléculas repetidas. Los polímeros más comunes en las recetas fueron guar natural, un polvo utilizado como aditivo en algunos alimentos, o polietilenglicol industrial (PEO), un lubricante utilizado en algunos medicamentos. Guiado por las recomendaciones de la wiki, Burton realizó experimentos de laboratorio junto con dos estudiantes coautores que se graduaron desde entonces:Stephen Frazier, quien recibió una maestría en física en mayo y es el primer autor, y la estudiante de pregrado Xinyi Jiang.

"Básicamente empezamos a hacer burbujas y a hacerlas estallar, y registró la velocidad y la dinámica de ese proceso, "Dice Burton." Centrarse en un fluido en sus momentos más violentos puede decirle mucho sobre su física subyacente ".

Las películas de jabón absorben la luz infrarroja, por lo que los investigadores lo iluminaron a través de las burbujas para medir el grosor de las películas. También midieron los pesos moleculares de los diferentes polímeros que usaron en las recetas de burbujas. Y dejan que la gravedad extraiga gotitas de las distintas películas de jabón de una boquilla, para medir cuánto tiempo podría estirarse el hilo de líquido resultante entre la boquilla y la gota antes de romperse.

Los resultados revelaron que los polímeros eran el ingrediente clave para hacer burbujas colosales. El largo, Las hebras fibrosas de polímeros permiten que las burbujas fluyan suavemente y se estiren más sin estallar.

"Las hebras de polímero se enredan, algo como una bola de pelo, formando hebras más largas que no quieren romperse, "Explica Burton." En la combinación correcta, un polímero permite que una película de jabón alcance un 'punto óptimo' que es viscoso pero también elástico, pero no tan elástico que se rompa ".

El trabajo confirma lo que muchos expertos "burbujeadores" ya habían descubierto:una buena receta de pompas de jabón gigantes debería incluir un polímero.

"Hicimos la física para explicar por qué y cómo los polímeros pueden hacer que una película fluida se estire hasta 100 metros cuadrados sin romperse, "Dice Burton.

Los físicos también encontraron que variar los tamaños moleculares de los polímeros ayuda a fortalecer la película de jabón. Ese descubrimiento ocurrió por accidente.

Los investigadores trabajaron en el proyecto durante más de un año y almacenaron algunos contenedores de PEO que habían comprado. Se dieron cuenta de que el PEO de contenedores que habían envejecido alrededor de seis meses producía películas de burbujas de jabón más fuertes en comparación con el PEO de los contenedores que se usaron cuando se compraron por primera vez. Tras la investigación, se dieron cuenta de que los polímeros en el PEO envejecido se habían degradado con el tiempo, variando la longitud de las hebras moleculares.

"Los polímeros de diferentes tamaños se entrelazan aún más que los polímeros de un solo tamaño, fortalecer la elasticidad de la película, "Dice Burton." Ese es un descubrimiento fundamental de la física ".

Entender cómo los fluidos y las películas delgadas responden al estrés, Burton dice:podría conducir a una variedad de aplicaciones, como mejorar el flujo de materiales industriales a través de tuberías, o la limpieza de espumas tóxicas.

"Como ocurre con todas las investigaciones fundamentales, tienes que seguir tus instintos y tu corazón, "Burton dice de su odisea de las pompas de jabón." A veces, tu burbuja se revienta, pero en este caso, descubrimos algo interesante ".