Creata una bolla che dura più di un anno

Sin da quando si è bambini, soffiare per creare bolle di sapone diventa un momento quasi magico. Forse ciò accade perché le bolle sono intrinsecamente effimere, scoppiano dopo pochi minuti. Eppure i fisici francesi sono riusciti a rendere questo momento ‘magico’ molto più duraturo, creando “bolle eterne” da particelle di plastica, glicerolo e acqua. Stando a un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Physical Review Fluids, si è arrivati a creare una bolla poi sopravvissuta per ben 465 giorni!

Va detto che le bolle hanno a lungo affascinato i fisici. Ad esempio, i fisici francesi nel 2016 hanno elaborato un modello teorico per l’esatto meccanismo di formazione delle bolle di sapone quando i getti d’aria colpiscono una pellicola saponosa. I ricercatori hanno scoperto che le bolle si formano solo al di sopra di una certa velocità che dipende dalla larghezza del getto d’aria.

La scoperta del 2018

Nel 2018 i matematici dell’Applied Math Lab della New York University avevano messo a punto il metodo per far esplodere la bolla perfetta sulla base di una serie di esperimenti con pellicole sottili e saponose. I matematici hanno concluso che è meglio usare una bacchetta circolare con un perimetro di 1,5 pollici (3,8 cm) e soffiare delicatamente a una costante 2,7 pollici al secondo (6,9 cm/s). Soffia a velocità più elevate e la bolla scoppierà. Se si usa una bacchetta più piccola o più grande, accadrà la stessa cosa.

Nel 2020, i fisici hanno stabilito che un ingrediente chiave per la creazione di bolle gigantesche è la miscelazione di polimeri di diverse lunghezze dei fili. Ciò produce una pellicola di sapone in grado di allungarsi sufficientemente sottile da formare una bolla gigante senza rompersi. I fili di polimero si aggrovigliano, come una palla di pelo, formando fili più lunghi che non vogliono rompersi. Nella giusta combinazione, un polimero consente a una pellicola di sapone di raggiungere un “punto debole” che è viscoso ma anche elastico, ma non così elastico da strapparsi. Variando la lunghezza dei fili di polimero si ottiene una pellicola di sapone più robusta.

Gli scienziati sempre interessati sulla longevità delle bolle

Gli scienziati sono anche interessati ad estendere la longevità delle bolle. Queste assumono naturalmente la forma di una sfera: un volume d’aria racchiuso in una sottilissima pelle liquida che isola ogni bolla in una schiuma dalle sue vicine. Le bolle devono la loro geometria al fenomeno della tensione superficiale, una forza che nasce dall’attrazione molecolare. Maggiore è la superficie, maggiore è l’energia necessaria per mantenere una data forma, motivo per cui le bolle cercano di assumere la forma con la minore superficie: una sfera.

Tuttavia, la maggior parte delle bolle scoppia in pochi minuti in un’atmosfera standard. Nel tempo, la forza di gravità drena gradualmente il liquido verso il basso e, allo stesso tempo, la componente liquida evapora lentamente. Man mano che la quantità di liquido diminuisce, le “pareti” delle bolle diventano molto sottili e le piccole bolle in una schiuma si combinano in quelle più grandi. La combinazione di questi due effetti è chiamata “ingrossamento”. L’aggiunta di un qualche tipo di tensioattivo impedisce alla tensione superficiale di far collassare le bolle rafforzando le sottili pareti del film liquido che le separano. Ma alla fine accade sempre l’inevitabile.

La scoperta del 2017

Nel 2017, i fisici francesi hanno scoperto che un guscio sferico fatto di microsfere di plastica può immagazzinare gas pressurizzato in un volume minuscolo. I fisici hanno soprannominato gli oggetti “biglie di gas“. Gli oggetti sono legati alle cosiddette biglie liquide: goccioline di liquido ricoperte da microscopiche perline che respingono i liquidi, che possono rotolare su una superficie solida senza rompersi. Sebbene le proprietà meccaniche dei marmi gassosi siano state oggetto di numerosi studi, nessuno aveva condotto esperimenti per esplorare la longevità dei marmi.

Quindi Aymeric Roux dell’Università di Lille e diversi colleghi hanno deciso di colmare questa lacuna. Hanno sperimentato tre diversi tipi di bolle: bolle di sapone standard, biglie di gas fatte con acqua e biglie di gas fatte con acqua e glicerolo. Per realizzare le loro biglie di gas, Roux ha sparso particelle di plastica sulla superficie di un bagnomaria, che si sono incastrati insieme a formare una zattera granulare. Quindi i ricercatori hanno iniettato un po’ d’aria con una siringa appena sotto la zattera per formare bolle. Inoltre in seguito hanno usato un cucchiaio per spingere le bolle sulla zattera fino a quando l’intera superficie di ciascuna bolla è stata ricoperta di particelle di plastica.

La durata di una bolla di sapone standard

Le bolle di sapone standard scoppiano in circa un minuto, come previsto. Ma Roux et al. ha scoperto che il rivestimento di particelle di plastica ha neutralizzato in modo significativo il processo di drenaggio per le biglie di gas a base d’acqua, che sono crollate tra i sei e i 60 minuti. Per prolungare ulteriormente la durata, i ricercatori dovevano anche neutralizzare l’evaporazione.

Quindi hanno aggiunto il glicerolo all’acqua. Secondo gli autori, il glicerolo ha un’alta concentrazione di gruppi ossidrilici, che a loro volta hanno una forte affinità con le molecole d’acqua, creando forti legami idrogeno. Quindi il glicerolo è in grado di assorbire meglio l’acqua dall’aria, compensando così l’evaporazione. Le biglie di gas acqua/glicerolo sono durate significativamente più a lungo: da cinque settimane a 465 giorni. Questo consente ai ricercatori di determinare il miglior rapporto tra acqua e glicerolo, la ricetta perfetta per le bolle di gas a lunga durata.

Il lavoro dei ricercatori si estende anche oltre le bolle. Sono stati anche in grado di creare robusti film liquidi compositi e modellarli in oggetti diversi immergendo una cornice metallica sotto una superficie liquida. Quest’ultima ricoperta da uno strato di particelle di plastica inceppata. Il telaio ha catturato le pellicole rivestite di particelle mentre veniva lentamente sollevato di nuovo in superficie. In particolare, Roux et al. sono stati in grado di costruire una forma piramidale 3D da un film liquido di acqua/glicerolo. La piramide è durata oltre 378 giorni (e oltre).

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