Fizicienii au creat „bule eterne”

Suflarea bulelor de săpun nu reușește să încânte copilul interior, poate pentru că sunt intrinsec efemere, izbucnind după doar câteva minute. Acum, fizicienii francezi au reușit să creeze „bule eterne” de molecule de plastic, glicerol și apă, potrivit hârtie nouă Publicat în revista Physical Review Fluids. Cea mai lungă bulă pe care au construit-o a durat 465 de zile.

Bulele i-au fascinat întotdeauna pe fizicieni. De exemplu, fizicienii francezi în 2016 am practicat Un model teoretic al mecanismului exact al modului în care se formează bulele de săpun atunci când jeturile de aer lovesc un film de săpun. Cercetătorii au descoperit că bulele se formează doar peste o anumită viteză, care, la rândul său, depinde de lățimea jetului de aer.

in 2018, informeaza-ne Despre modul în care matematicienii de la Laboratorul de Matematică Aplicată al Universității din New York pun la punct cum să sufle un balon ideal pe baza unei serii de experimente cu pelicule subțiri și săpun. Matematicienii au ajuns la concluzia că cel mai bine este să folosiți un bețișor circular de 1,5 inchi (3,8 cm) în circumferință și să suflați ușor la o viteză de 2,7 inchi pe secundă (6,9 cm/sec). Suflați la viteze mai mari și bula va izbucni. Dacă folosești un bețișor mai mic sau mai mare, se va întâmpla același lucru.

Și în 2020, Fizicienii au decis Una dintre componentele cheie pentru crearea bulelor gigantice este amestecarea polimerilor de lungimi diferite ale firelor. Produce un film de săpun capabil de asta Întindeți-vă suficient de subțire A face o bulă uriașă fără a se rupe. Șuvițele de polimer se încurcă, ca o minge de păr, formând șuvițe mai lungi pe care nu doriți să le desfaceți. În combinația potrivită, polimerul permite foliei de săpun să ajungă în „punctul dulce”, care este lipicios, dar și extensibil – doar nu atât de elastic încât să se rupă. Modificarea lungimii filamentelor polimerice a dus la o peliculă de săpun mai stabilă.

Oamenii de știință sunt, de asemenea, interesați de prelungirea duratei de viață a bulelor. Bulele iau în mod natural forma unei mingi: un volum de aer acoperit într-o piele lichidă foarte subțire care izolează fiecare bulă într-o spumă de vecinii săi. Bulele își datorează stilul geometric fenomenului de tensiune superficială, forța care decurge din atracția moleculară. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât este necesară mai multă energie pentru a menține o anumită formă, motiv pentru care bulele se străduiesc să ia forma cu cea mai mică suprafață: o sferă.

Cu toate acestea, majoritatea bulelor izbucnesc în câteva minute într-o atmosferă normală. În timp, atracția gravitațională face ca lichidul să se scurgă treptat în jos, în același timp, componenta lichidă se evaporă încet. Pe măsură ce cantitatea de lichid scade, „pereții” bulelor devin foarte subțiri, iar bulele mici din spumă se combină pentru a forma bule mai mari. Combinația acestor două efecte se numește „rugozitate”. Adăugarea unui tip de surfactant menține tensiunea superficială de la prăbușirea bulelor prin întărirea pereților peliculei subțiri lichide care le separă. Dar până la urmă, inevitabilul se întâmplă întotdeauna.

În 2017, fizicienii francezi l-am gasit Un capac cu bilă din micro-pelete din plastic poate stoca gaz comprimat într-un volum mic. Fizicienii au numit aceste obiecte „bile de gaz”. Obiectele sunt asociate cu așa-numitele marmură lichidă – picături de lichid acoperite cu granule microscopice, rezistente la lichid, care se pot rostogoli pe o suprafață solidă fără a se rupe. În timp ce proprietățile mecanice ale marmurei gazoase au făcut obiectul multor studii, nimeni nu a efectuat experimente pentru a explora longevitatea marmurei.

Așa că Emrick Rowe de la Universitatea din Lille și câțiva colegi au decis să umple acest gol. Au încercat trei tipuri diferite de bule: bule de săpun standard, bile de gaz făcute cu apă și bile de gaz făcute cu apă și glicerină. Să-și facă propriile bile de gaz, Roo et al. Particulele de plastic sunt răspândite pe suprafața unei băi de apă, care se adună împreună pentru a forma o plută granulară. Apoi, cercetătorii au injectat puțin aer cu o seringă chiar sub plută pentru a forma bule și au folosit o lingură pentru a împinge bulele peste plută până când suprafața fiecărei bule a fost complet acoperită cu particule de plastic.

Baloanele de săpun standard au izbucnit în aproximativ un minut, așa cum era de așteptat. Dar Ro si altii. El a descoperit că stratul de particule de plastic a neutralizat semnificativ procesul de scurgere a bilelor de gaz pe bază de apă, care s-au prăbușit între șase și 60 de minute. Pentru a prelungi și mai mult viața, cercetătorii au trebuit să neutralizeze evaporarea.

Așa că au adăugat glicerol în apă. Potrivit autorilor, glicerolul conține o concentrație mare de grupări hidroxil, care, la rândul lor, au o afinitate puternică cu moleculele de apă, ceea ce duce la formarea de legături puternice de hidrogen. Deci, glicerolul este mai capabil să absoarbă apa decât aerul, compensând astfel evaporarea. Bilele de apă și gaz cu glicerină durează mult mai mult: de la cinci săptămâni la 465 de zile, ceea ce a permis cercetătorilor să determine cel mai bun raport dintre apă și glicerină – rețeta ideală pentru marmura gazoasă de lungă durată.

Munca cercetătorilor se extinde dincolo de bule. De asemenea, au reușit să facă filme lichide compozite puternice și să le modeleze în corpuri diferite prin scufundarea unui cadru metalic sub o suprafață lichidă acoperită cu un strat de particule de plastic blocate. Cadrul a preluat filme acoperite cu particule pe măsură ce acestea au fost ridicate încet la suprafață. Mai ales si altii. Ei au reușit să construiască o formă piramidală 3D dintr-un film apos lichid/glicerol. Piramida a durat mai mult de 378 de zile (și numărul este în creștere).

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

Imaginea listei de A. Roux et al, 2022