Puszczanie baniek mydlanych jest nie tylko ulubioną rozrywką dzieci, ale także formą sztuki i przedmiotem zainteresowania fizyków. Emmanuelle Rio, François Boulogne, Marina Pasquet i Frédéric Restagno z Laboratorium Fizyki Ciała Stałego na Uniwersytecie Paris-Saclay od lat badają bąbelki, próbując zrozumieć różne procesy zachodzące w tych niewinnie wyglądających strukturach.

„Pęcherzyki są ważne, ponieważ pojawiają się w wielu miejscach, w tym w produktach do mycia, kosmetykach, materiałach budowlanych, a także w przyrodzie. Na przykład piana morska odgrywa rolę w wymianie między atmosferą a morzem” – powiedział Boulogne.

Teraz zespół opisał kluczowe wydarzenie w życiu bąbelków: kiedy pękają.

Mierzenie temperatury

W niedawnym badaniu Boulogne i Rio ustalili rolę, jaką odgrywa temperatura powierzchni bąbelków w ich stabilności. „W niektórych przypadkach starzenie się bąbelków i ich pękanie było związane z grubością filmu mydlanego. Niedawno naukowcy zaczęli łączyć cienkość filmu mydlanego z parowaniem. Jednak w naszym badaniu zwróciliśmy uwagę, że przenoszenie ciepła, które jest związane z parowaniem, nie zostało wzięte pod uwagę” – powiedział Boulogne.

Aby zbadać ten aspekt, naukowcy zmierzyli temperaturę powierzchni bąbelków i stwierdzili znaczną różnicę w porównaniu z temperaturą pokojową. „Temperatura powierzchni bąbelków może spaść nawet o 8°C” – powiedział Boulogne.

Boulogne stwierdził, że chociaż istnieje związek między temperaturą a starzeniem się bąbelków, wpływ niskich temperatur na to, kiedy bąbelki pękają, pozostaje do zrozumienia – i prawdopodobnie pozostanie taki przez jakiś czas. „Do tej pory nie mamy modelu, który mógłby dokonać takiej prognozy. Zrozumienie stabilności bąbelków to wyzwanie, które zajmie kilka dziesięcioleci” – powiedział.

Uznał, że istnieje kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę, jeśli chodzi o stabilność baniek. „Obejmuje to temperaturę, szybkość parowania, ścieńczenie filmu, regenerację brzegową (zjawisko małych plam, które są cieńsze i lżejsze niż otaczający film, wznoszące się ku górze) oraz geometrię. Połączenie tych wszystkich czynników w jednym modelu jest bardzo trudne”.

Budowa idealnej bańki

Chociaż przewidywanie stabilności bąbelków w różnych scenariuszach może zająć trochę czasu, Rio określiło optymalną kombinację składników, aby bąbelki trwały dłużej, a jednocześnie były łatwe do wykonania.

Kluczem do długowieczności jest glicerol. Pozostałe składniki to długi polimer, taki jak naturalnie występująca guma guar oraz „optymalna proporcja” płynu do mycia naczyń. „Jeśli dodasz więcej płynu do mycia naczyń, tworzenie bąbelków stanie się łatwiejsze. Jednak ich żywotność ulega skróceniu. Dlatego musisz znaleźć odpowiednią ilość płynu do mycia naczyń, aby bąbelki utrzymywały się wystarczająco długo i były łatwe do wytworzenia” – powiedział Rio.

Współpracując z francuskim artystą Pierre-Yves Fusier, który specjalizuje się w sztuce baniek mydlanych, Rio i jej współpracownicy opracowali recepturę, która składa się z 40 mililitrów płynu do mycia naczyń, 100 mililitrów glicerolu i 1 grama długiego polimeru, takiego jak naturalnie występująca guar guma zmieszana w 1 litrze wody. Korzystając z tego przepisu, Rio stworzyła w swoim laboratorium bańki o średnicy 5 cm, które trwały godzinę.

Chociaż dodanie glicerolu może sprawić, że bąbelki będą bardziej stabilne, Rio powiedział, że wpływ innych składników na stabilność bąbelków jest nadal kwestią otwartą. „Glicerol jest hydroskopijną cząsteczką, która może pomóc w skraplaniu wody. Ale wiemy, że środek powierzchniowo czynny (płyn do mycia naczyń) i polimer również wpływają na parowanie. Dlatego kolejnym krokiem w naszych badaniach jest sprawdzenie, w jaki sposób nasz przepis wpływa na parowanie” – powiedział Rio.

Rio dodał, że parowanie, które nie zostało jeszcze w pełni zrozumiane, to tylko jedno zjawisko, które odgrywa rolę w pękaniu bąbelków. „Należy również wziąć pod uwagę grawitację, która przyczynia się do ścieńczenia powierzchni, co prowadzi do fluktuacji grubości warstwy. Wszystko to sprawia, że ​​niezwykle trudno jest przewidzieć, kiedy bańka pęknie” – powiedział Rio.

Dhananjay Khadilkar jest dziennikarzem mieszkającym w Paryżu.