Físicos criaram ‘bolhas eternas’

The shell of a water/glycerol gas marble (bubble) remains liquid and spherical even after 101 days, and it reacts as a liquid film when punctured. These human-made bubbles could be used to create stable foams.

A crosta de mármore (bolha) de gás água/glicerol permanece líquida e esférica mesmo após 101 dias, e reage como uma membrana líquida quando perfurada. Essas bolhas artificiais podem ser usadas para fazer espuma firme.

Rosa et al., 2022

Soprar bolhas de sabão nunca deixa de encantar a criança interior, talvez por serem intrinsecamente efêmeras, estourando depois de apenas alguns minutos. Agora, os físicos franceses conseguiram criar “bolhas eternas” de plástico, glicerol e moléculas de água, de acordo com novo papel Publicado na revista Physical Review Fluids. A bolha mais longa que eles construíram durou 465 dias.

As bolhas sempre fascinaram os físicos. Por exemplo, físicos franceses em 2016 eu pratiquei Um modelo teórico do mecanismo exato de como as bolhas de sabão se formam quando jatos de ar atingem uma película de sabão. Os pesquisadores descobriram que as bolhas se formam apenas acima de uma certa velocidade, que por sua vez depende da largura do jato de ar.

em 2018, nos informe Sobre como os matemáticos do Laboratório de Matemática Aplicada da Universidade de Nova York ajustam como soprar uma bolha ideal com base em uma série de experimentos com filmes finos e sabão. Os matemáticos concluíram que era melhor usar um bastão circular de 3,8 cm de circunferência e soprar suavemente a uma taxa de 6,9 ​​cm/seg. Sopre em velocidades mais altas e a bolha vai estourar. Se você usar um bastão menor ou maior, a mesma coisa acontecerá.

E em 2020, Os físicos decidiram Um dos principais componentes para a criação de bolhas gigantes é misturar polímeros de comprimentos variados de filamentos. Produz uma película de sabão capaz disso Estique o suficiente Para fazer uma bolha gigante sem quebrar. Os fios de polímero ficam emaranhados, como uma bola de pelo, formando fios mais longos que você não quer desembaraçar. Na combinação certa, o polímero permite que o filme de sabão alcance o “ponto doce” que é pegajoso, mas também elástico – só que não tão elástico a ponto de rasgar. A alteração do comprimento dos filamentos de polímero resultou em um filme de sabão mais estável.

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Os cientistas também estão interessados ​​em prolongar a vida útil das bolhas. As bolhas naturalmente assumem a forma de uma bola: um volume de ar coberto por uma película líquida muito fina que isola cada bolha em espuma de suas vizinhas. As bolhas devem seu estilo geométrico ao fenômeno da tensão superficial, a força que surge da atração molecular. Quanto maior a área de superfície, mais energia é necessária para manter uma forma específica, e é por isso que as bolhas se esforçam para assumir a forma com a menor área de superfície: uma esfera.

Compare a vida útil de três tipos de bolhas.  (a) Bolha de sabão, 1 minuto;  (b) Mármore de gás água, 6-9 minutos;  (c) Mármore de gás água/glicerol, +101 dias.
Ampliação / Compare a vida útil de três tipos de bolhas. (a) Bolha de sabão, 1 minuto; (b) Mármore de gás água, 6-9 minutos; (c) Mármore de gás água/glicerol, +101 dias.

A. Rowe et ai. 2022

No entanto, a maioria das bolhas estoura em minutos em uma atmosfera normal. Com o tempo, a atração gravitacional faz com que o líquido escoe gradualmente para baixo, ao mesmo tempo, o componente líquido evapora lentamente. À medida que a quantidade de líquido diminui, as “paredes” das bolhas tornam-se muito finas e as pequenas bolhas na espuma se combinam para formar bolhas maiores. A combinação desses dois efeitos é chamada de “rugosidade”. A adição de um tipo de surfactante evita que a tensão superficial do colapso das bolhas, fortalecendo as paredes do filme fino líquido que as separa. Mas no final, o inevitável sempre acontece.

Em 2017, os físicos franceses encontrei Uma tampa esférica feita de pellets de microplástico pode armazenar gás comprimido em um volume pequeno. Os físicos chamam esses objetos de “bolas de gás”. Os objetos são associados aos chamados mármores líquidos – gotículas de líquido revestidas com grãos microscópicos resistentes a líquidos, que podem rolar sobre uma superfície sólida sem quebrar. Embora as propriedades mecânicas do mármore a gás tenham sido objeto de muitos estudos, ninguém realizou experimentos para explorar a longevidade do mármore.

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Assim, Emrick Rowe, da Universidade de Lille, e vários colegas decidiram preencher essa lacuna. Eles tentaram três tipos diferentes de bolhas: bolhas de sabão padrão, bolinhas de gás feitas com água e bolinhas de gás feitas com água e glicerina. Para fazer suas próprias bolas de gás, Roo et ai. Partículas de plástico são espalhadas na superfície de um banho de água, que se aglomeram para formar uma jangada granular. Em seguida, os pesquisadores injetaram um pouco de ar com uma seringa logo abaixo da balsa para formar bolhas e usaram uma colher para empurrar as bolhas sobre a balsa até que a superfície de cada bolha estivesse completamente coberta com partículas de plástico.

Prazo de validade de filmes líquidos fixados a uma armação de metal.  (l) pórticos horizontais;  (R) Quadro hierárquico.
Ampliação / Prazo de validade de filmes líquidos fixados a uma armação de metal. (l) pórticos horizontais; (R) Quadro hierárquico.

Rosa et al., 2022

Bolhas de sabão padrão estouram dentro de um minuto ou mais, como esperado. Mas Ro e outros. Ele descobriu que o revestimento de partículas plásticas neutralizava significativamente o processo de drenagem das bolas de gás à base de água, que colapsavam entre seis a 60 minutos. Para prolongar ainda mais a vida, os pesquisadores também precisaram neutralizar a evaporação.

Então eles adicionaram glicerol à água. Segundo os autores, o glicerol contém uma alta concentração de grupos hidroxila, que, por sua vez, possuem forte afinidade com as moléculas de água, o que leva à formação de fortes ligações de hidrogênio. Assim, o glicerol é mais capaz de absorver a água do que o ar, compensando assim a evaporação. As bolas de água e gás de glicerina duram significativamente mais: de cinco semanas a 465 dias, o que permitiu aos pesquisadores determinar a melhor proporção de água para glicerina – a receita ideal para mármore gasoso de longa duração.

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O trabalho dos pesquisadores vai além das bolhas. Eles também foram capazes de fazer filmes líquidos compostos fortes e moldá-los em corpos diferentes mergulhando uma estrutura de metal sob uma superfície líquida coberta com uma camada de partículas de plástico atoladas. O quadro pegou filmes revestidos de partículas à medida que foram lentamente elevados à superfície. Mais notavelmente e outros. Eles foram capazes de construir uma forma piramidal 3D a partir de um filme líquido aquoso/glicerol. A pirâmide durou mais de 378 dias (e o número está aumentando).

DOI: Fluidos de Revisão Física, 2022. 10.1103/ PhysRevFluids.7.L011601 (Sobre DOIs).

Imagem da lista por A. Roux et al, 2022

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