Las espumas se encuentran en todas partes, en jabones y detergentes, merengues, espuma de cerveza, cosméticos y aislantes para confección y construcción. La aplicación de espumas tiende a aprovechar su estructura única, por eso es tan importante comprender cómo su estructura puede cambiar con el tiempo.

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han estudiado la dinámica de las espumas. Cuando se añadió una gota de agua a una balsa de espuma, las burbujas se reorganizaron para alcanzar un nuevo estado estable. El equipo descubrió que el movimiento de las burbujas era cualitativamente diferente según el rango de tamaños de burbujas presentes. Junto con analogías con materiales atascados suaves, estos hallazgos pueden inspirar el diseño de nuevos materiales de espuma para la industria.

El equipo, dirigido por el Prof. Rei Kurita de la Universidad Metropolitana de Tokio, ha estado estudiando espumas líquidas como las que se hacen con detergente y agua. Les interesaba comprender cómo se reorganizan las burbujas de una espuma. Si bien los estudios anteriores generalmente aplicaban una fuerza a la espuma con una picana al costado, el equipo adoptó el método mucho más suave de agregar una pequeña cantidad de agua, preservando las burbujas pero cambiando las condiciones lo suficiente para que las burbujas se reorganicen y encuentren un nuevo estado estable. Esto hizo que fuera mucho más fácil ver cómo los empujones o perturbaciones ambientales sutiles conducen a pequeñas, Eventos de relajación de burbujas aisladas.

Al filmar las burbujas reorganizándose, el equipo demostró por primera vez que las reordenaciones eran fundamentalmente diferentes dependiendo del rango de tamaños de burbujas presentes en la espuma. Cuando las burbujas eran aproximadamente del mismo tamaño, o monodispersas, se dispusieron en un hexagonal, formación de panal. Al agregar agua, las burbujas que se movían tendían a moverse en la misma dirección en largas distancias, a lo largo de las líneas del panal. En cambio, cuando había muchas partículas grandes y pequeñas, el arreglo inicial fue mucho menos ordenado. Los reordenamientos en esta espuma polidispersa fueron aleatorios, con burbujas adyacentes moviéndose en todo tipo de direcciones. Los videos que tomaron permitieron al equipo extraer una longitud de correlación dinámica, la escala de longitud sobre la que se mueven las burbujas en direcciones similares. Hacer un seguimiento de cómo cambia esta longitud en diferentes condiciones es crucial para colocar los materiales de espuma dentro del amplio marco de la física de la materia condensada. Curiosamente, el movimiento correlativo único observado en la espuma hexagonal no dependía de que las burbujas adyacentes estuvieran en contacto:simplemente necesitaban estar lo suficientemente cerca para formar patrones bien ordenados.

El equipo pasó a comparar este comportamiento con simulaciones de empaquetaduras de partículas blandas con diferentes rangos de tamaños. Encontraron un comportamiento muy similar, mostrando claramente que esto no era un capricho de las espumas líquidas, sino una característica general de las partículas blandas que se han atascado. Estos conocimientos sobre cómo reaccionan las espumas a las señales ambientales más sutiles pueden algún día informar cómo las espumas se mantienen estables o fluidas. y cómo se manipulan los materiales blandos atascados en los procesos industriales.