Bolha de sabão - Soap bubble

Uma bolha de sabão.
Uma única fotografia leve de bolha de sabão tirada em macro fotografia.
Uma única bolha de sabão exibindo três camadas.
Menina soprando bolhas.
Várias bolhas formam uma espuma.

Uma bolha de sabão é um extremamente fina película de sabão água envolvente de ar que forma uma cavidade esfera com um iridescente superfície. As bolhas de sabão geralmente duram apenas alguns segundos antes de estourar, por conta própria ou em contato com outro objeto. Eles são freqüentemente usados ​​para a diversão das crianças, mas também são usados ​​em apresentações artísticas . A montagem de várias bolhas resulta em espuma .

Quando a luz incide sobre uma bolha, ela parece mudar de cor. Ao contrário daquelas vistas em um arco-íris, que surgem da refração diferencial, as cores vistas em uma bolha de sabão surgem da interferência da luz refletida nas superfícies frontal e posterior da fina película de sabão. Dependendo da espessura do filme, cores diferentes interferem de forma construtiva e destrutiva.

Matemática

Bolhas de sabão são exemplos físicos do complexo problema matemático da superfície mínima . Eles assumirão a forma da menor área de superfície possível contendo um determinado volume. Uma verdadeira superfície mínima é mais adequadamente ilustrada por um filme de sabão , que tem pressão igual tanto interna quanto externamente, portanto, é uma superfície com curvatura média zero . Uma bolha de sabão é uma película de sabão fechado: devido à diferença de pressão do lado de fora e para dentro, que é uma superfície da constante de curvatura média.

Embora seja conhecido desde 1884 que uma bolha de sabão esférica é a forma de área mínima de encerrar um determinado volume de ar (um teorema de HA Schwarz ), não foi até 2000 que foi provado que duas bolhas de sabão fundidas fornecem o ótimo maneira de encerrar dois volumes de ar de tamanhos diferentes com a menor área de superfície. Isso foi apelidado de conjectura da bolha dupla .

Por causa dessas qualidades, filmes de bolhas de sabão têm sido usados ​​com aplicação prática de solução de problemas. O engenheiro estrutural Frei Otto usou filmes de bolhas de sabão para determinar a geometria de uma folha de menor área de superfície que se espalha entre vários pontos e traduziu essa geometria em estruturas de telhado de tração revolucionárias . Um exemplo famoso é seu Pavilhão da Alemanha Ocidental na Expo 67 em Montreal.

Física

Mesclando

As bolhas de sabão podem se fundir facilmente.

Quando duas bolhas se fundem, elas adotam uma forma que torna a soma de suas áreas de superfície a menor possível, compatível com o volume de ar que cada bolha encerra. Se as bolhas forem do mesmo tamanho, sua parede comum é plana. Se eles não forem do mesmo tamanho, sua parede comum incha na bolha maior, uma vez que a menor tem uma pressão interna maior do que a maior, conforme previsto pela equação de Young-Laplace .

Em um ponto onde três ou mais bolhas se encontram, elas se separam de forma que apenas três paredes de bolhas se encontram ao longo de uma linha. Como a tensão superficial é a mesma em cada uma das três superfícies, os três ângulos entre elas devem ser iguais a 120 °. Apenas quatro paredes de bolha podem se encontrar em um ponto, com as linhas onde tripletos de paredes de bolha se encontram separadas por cos −1 (−1/3) ≈ 109,47 °. Todas essas regras, conhecidas como leis do Platô , determinam como uma espuma é construída a partir de bolhas.

Estabilidade

A longevidade de uma bolha de sabão é limitada pela facilidade de ruptura da camada muito fina de água que constitui sua superfície, ou seja, uma película de sabão de espessura micrométrica . Portanto, é sensível a:

  • Drenagem dentro da película de sabão: a água cai devido à gravidade. Isso pode ser retardado aumentando a viscosidade da água, por exemplo, adicionando glicerol. Ainda assim, existe um limite máximo de altura, que é o comprimento do capilar , muito alto para bolhas de sabão: cerca de 4 metros. Em princípio, não há limite no comprimento que pode atingir.
  • Evaporação : pode ser retardada fazendo bolhas em uma atmosfera úmida ou adicionando um pouco de açúcar à água.
  • Sujeira e gordura: quando a bolha toca o solo, uma parede ou nossa pele, geralmente rompe a película de sabão. Isso pode ser evitado molhando essas superfícies com água (de preferência contendo um pouco de sabão).

Molhando

Uma bolha de sabão umedecendo uma superfície ultra-hidrofóbica
Uma bolha de sabão molhando uma superfície líquida

Quando uma bolha de sabão entra em contato com um sólido ou líquido, observa-se umedecimento da superfície . Em uma superfície sólida, o ângulo de contato da bolha depende da energia da superfície do sólido. Uma bolha de sabão tem um ângulo de contato maior em uma superfície sólida exibindo ultra-hidrofobicidade do que em uma superfície hidrofílica - consulte Umedecimento . Em uma superfície líquida, o ângulo de contato da bolha de sabão depende de seu tamanho - bolhas menores têm ângulos de contato menores.

Remédio

Dermatite de contato

A composição do líquido das bolhas de sabão tem muitas receitas com ingredientes ligeiramente diferentes. O mais comum contém:

  • 2/3 xícara de sabão de lavar louça
  • 1 galão de água
  • 2/3 colher de sopa de glicerina

Devido à presença do sabonete para lava-louças, não é incomum que as crianças desenvolvam dermatite no rosto ou nas mãos com consequências como erupções na pele, inchaço dos olhos, vômitos e tonturas.

Bolhas de sabão como computação não convencional

As estruturas que os filmes de sabão fazem não podem ser encerradas apenas como esferas, mas praticamente qualquer forma, por exemplo, em armações de arame. Portanto, muitas superfícies mínimas diferentes podem ser projetadas. Na verdade, às vezes é mais fácil criá-los fisicamente do que computá-los por meio de modelagem matemática . É por isso que os filmes de sabão podem ser considerados computadores analógicos que podem superar os computadores convencionais, dependendo da complexidade do sistema.

Bolhas na educação

As bolhas podem ser usadas com eficácia para ensinar e explorar uma ampla variedade de conceitos até mesmo para crianças pequenas. Flexibilidade, formação de cor, superfícies reflexivas ou espelhadas, superfícies côncavas e convexas, transparência, uma variedade de formas (círculo, quadrado, triângulo, esfera, cubo, tetraedro, hexágono), propriedades elásticas e dimensionamento comparativo, bem como as mais esotéricas propriedades das bolhas listadas nesta página. As bolhas são úteis no ensino de conceitos a partir dos 2 anos de idade até os anos de faculdade. Uma professora universitária suíça, Dra. Natalie Hartzell, teorizou que o uso de bolhas artificiais para fins de entretenimento de crianças pequenas mostrou um efeito positivo na região do cérebro da criança que controla as habilidades motoras e é responsável pela coordenação com crianças expostas a bolhas em uma idade jovem mostrando habilidades de movimento mensuravelmente melhores do que aqueles que não eram.

Lazer

Use em jogo

Uma mulher criando bolhas com uma longa varinha de bolha de sabão
Bubble Blowing no Dolores Park durante Dyke March , junho de 2019
Adriaen Hanneman , Two Boys Blowing Bubbles (ca. 1630)

Bolhas de sabão têm sido usadas como entretenimento há pelo menos 400 anos, como evidenciado pelas pinturas flamengas do século 17, mostrando crianças soprando bolhas com cachimbos de barro. A firma londrina A. & F. Pears criou uma famosa campanha publicitária para seus sabonetes em 1886 usando uma pintura de John Everett Millais de uma criança brincando com bolhas. A empresa Chemtoy de Chicago começou a vender soluções para bolhas na década de 1940, e a solução para bolhas tornou-se popular entre as crianças desde então. De acordo com uma estimativa do setor, os varejistas vendem cerca de 200 milhões de garrafas anualmente.

Bolhas coloridas

Uma bolha é feita de água transparente envolvendo o ar transparente. No entanto, a película de sabão é tão fina quanto o comprimento de onda da luz visível , resultando em interferências . Isso cria iridescência que, junto com a forma esférica e a fragilidade da bolha, contribui para seu efeito mágico em crianças e adultos. Cada cor é o resultado de espessuras variadas de filme de bolha de sabão. Tom Noddy (que apareceu no segundo episódio de Marcus du Sautoy de O Código ) deu a analogia de olhar para um contorno mapa das bolhas 'superfície. No entanto, tornou-se um desafio produzir bolhas coloridas artificialmente.

Byron, Melody & Enoch Swetland inventaram uma bolha não tóxica patenteada (Tekno Bubbles) que brilha sob luz ultravioleta. Essas bolhas parecem bolhas "claras" comuns de alta qualidade sob iluminação normal, mas brilham quando expostas à verdadeira luz ultravioleta. Quanto mais forte a luz ultravioleta, mais brilhante ela brilhará. A família os vendeu em todo o mundo, mas desde então vendeu sua empresa.

Adicionar corante colorido às misturas de bolhas não produz bolhas coloridas, porque o corante se liga às moléculas de água em oposição ao surfactante. Portanto, uma bolha incolor se forma com o corante caindo até um ponto na base. O químico de corantes Dr. Ram Sabnis desenvolveu um corante de lactona que adere aos surfactantes, permitindo a formação de bolhas de cores vivas. A lactona violeta de cristal é um exemplo. Outro homem chamado Tim Kehoe inventou uma bolha colorida que perde a cor quando exposta à pressão ou oxigênio, que ele agora está comercializando online como Zubbles , que não são tóxicos e não mancham. Em 2010, o astronauta japonês Naoko Yamazaki demonstrou que é possível criar bolhas coloridas na microgravidade . O motivo é que as moléculas de água se espalham uniformemente ao redor da bolha no ambiente de baixa gravidade.

Congelando

Bolha de sabão congelada na neve a -7 ° C (19 ° F).

Se bolhas de sabão forem lançadas no ar abaixo da temperatura de −15  ° C (5  ° F ), elas congelarão ao tocarem uma superfície . O ar interno se difundirá gradualmente para fora, fazendo com que a bolha se desintegre sob seu próprio peso. Em temperaturas abaixo de cerca de −25 ° C (−13 ° F), as bolhas congelam no ar e podem estilhaçar ao atingir o solo. Quando uma bolha é soprada com ar quente, a bolha congela a uma esfera quase perfeita no início, mas quando o ar quente esfria e ocorre uma redução no volume, haverá um colapso parcial da bolha. Uma bolha, criada com sucesso nessa baixa temperatura, sempre será bem pequena; ele congelará rapidamente e se estilhaçará se for aumentado ainda mais. O congelamento de pequenas bolhas de sabão ocorre em 2 segundos após o assentamento na neve (com temperatura do ar em torno de –10 ...–14 ° C).

Arte

'Bubbleologist' profissional na Strawberry Fair 2009 em Cambridge , Reino Unido.
Bolhas de sabão no centro de Budapeste

As performances de bolha de sabão combinam entretenimento com realização artística. Eles exigem um alto grau de habilidade. Alguns artistas usam líquidos de bolha comuns comercialmente disponíveis, enquanto outros compõem suas próprias soluções. Alguns artistas criam bolhas ou tubos gigantes, muitas vezes envolvendo objetos ou até mesmo humanos. Outros conseguem criar bolhas formando cubos, tetraedros e outras formas e formatos. As bolhas são às vezes manuseadas com as mãos nuas. Para aumentar a experiência visual, às vezes são preenchidos com fumaça , vapor ou hélio e combinados com luzes de laser ou fogo. As bolhas de sabão podem ser preenchidas com um gás inflamável, como o gás natural, e depois inflamadas.

Galeria de artistas de bolhas de sabão no trabalho

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Oprea, John (2000). The Mathematics of Soap Films - Explorations with Maple . American Mathematical Society (1ª ed.). ISBN  0-8218-2118-0
  • Boys, CV (1890) Bolhas de sabão e as forças que os moldam ; (Reimpressão de Dover) ISBN  0-486-20542-8 . Exposição clássica vitoriana, baseada em uma série de palestras originalmente proferidas "diante de um público juvenil".
  • Isenberg, Cyril (1992) The Science of Soap Films and Soap Bubbles ; (Dover) ISBN  0-486-26960-4 .
  • Noddy, Tom (1982) "Tom Noddy's Bubble Magic" As explicações do artista da bolha pioneiro criaram a arte performática moderna.
  • Stein, David (2005) "Como fazer bolhas monstruosas, enormes e inacreditavelmente grandes"; (Klutz) Anteriormente "The Unbelievable Bubble Book" (1987), começou o esporte da bolha gigante. ISBN  978-1-57054-257-2

links externos