Pompa de sabó
Una pompa de sabó o bombeta de sabó és una capa de líquit en dos películes molt fines de sabó i aigua que forma una esfera hueca, i exhibixen superfícies iridiscents. Normalment les pompes de sabó o bombetes de sabó duren només uns segons i després esclaten per sí soles o per contacte en un atre objecte. A sovint s'usen com a objecte de joc per als chiquets, pero el seu us en espectàculs artístics demostra que també poden ser fascinants per als adults. Les pompes de sabó poden ajudar a resoldre problemes matemàtics complexos sobre l'espai, ya que sempre tendixen a la menor àrea de superfície entre punts o arestas.
Estructura
[editar | editar còdic]La «pell» de la bombeta consistix en una fina capa d'aigua atrapada entre dos capes de molèculas tensoactivas, a sovint sabó. Estos tensoactivos tenen caps hidrófilas i coes hidrófobas. Els caps hidrófilas són atretes per la capa fina d'aigua i mantenen intacta a la pompa. Quan s'agiten les coes hidrófobas, la pompa esclata.
Física
[editar | editar còdic]Tensió superficial i forma
[editar | editar còdic]
Una pompa pot existir perque la capa superficial d'un líquit (normalment aigua) té certa tensió superficial, lo que fa que la capa es comporte semblat a un full elàstica, no obstant, una pompa feta solament en líquit pur no és estable i es necessita un tensoactivo dissolt, com el sabó, per a estabilisar-la. Una equivocació comuna és creure que el sabó aumenta la tensió superficial de l'aigua. En realitat, el sabó fa just lo contrari, disminuint la tensió superficial fins a aproximadament un terç de la tensió superficial de l'aigua pura. El sabó no reforça les pompes, sino que les estabilisa per mig del mecanisme cridat efecte Marangoni. En estirar-se la película de sabó, la concentració de sabó disminuïx, lo que fa que aumente la tensió superficial. Aixina, el sabó reforça selectivament les parts més dèbils de la pompa i evita que s'estiren més. Ademés, el sabó reduïx l'evaporament fent que les pompes duren més, encara que este efecte és relativament menut.
La seua forma esfèrica també està causada per la tensió superficial. La tensió fa que la pompa forme una esfera perque l'esfera té la menor àrea superficial per a un volum donat. Esta forma pot distorsionar-se visiblement per les corrents d'aire, i per supost per un soplido. No obstant, si es deixa caure una pompa en aire quet, permaneix casi esfèrica, més que la típica representació caricaturizada d'una gota de pluja. Quan un cos en caiguda ha alcançat la seua velocitat terminal, la força d'arrastre que actua sobre ell és igual a la seua pes, i com el pes d'una pompa és molt més chicotet en relació en el seu tamany que el d'una gota de pluja, la seua forma es distorsiona molt manco. (La tensió superficial que s'opon a la distorsió és similar en abdós casos: el sabó reduïx la tensió superficial de l'aigua aproximadament fins a un terç de l'original, pero es dobla efectivament perque la película té una superfície interna i una atra externa).
Congelació
[editar | editar còdic].jpg){kind=link}
Les pompes de sabó creades en aire a una temperatura per baix de -15 °C (5 °F) es congelaran quan toquen una superfície. L'aire de l'interior es perdrà gradualment per difusió, fent que la pompa s'arrugue baix el seu propi pes.
A temperatures inferiors, digam -25 °C (−13 °F), les pompes es congelaran en l'aire i es poden fer añicos en caure al sol. Quan, a una temperatura tan baixa, es fa una pompa de sabó en aire calent dels pulmons, primer la pompa es congela en forma d'una esfera casi perfecta, pero quan l'aire calent es gela i per tant pert volum, es produïx un colapse parcial de la pompa. Una pompa que es bufe en èxit a esta temperatura sempre serà de chicotet tamany: es congelarà ràpidament i seguir bufant solament farà que es trenque.
Unió
[editar | editar còdic]
Quan dos pompes s'unixen, s'apliquen els mateixos principis físics, i les pompes adoptaran la forma en la menor àrea possible. La seua paret comuna es desplaçarà i integrarà en la pompa de major tamany, ya que les pompes més chicotetes tenen una pressió interna major. Si les pompes són d'igual tamany, la paret serà plana.
Si es troben dos o més pompes, es coloquen de manera que només es toquen tres parets en una mateixa llínea, separades per ànguls de 120°. Esta és, de nou, l'elecció més eficient, i és la raó per la que les celes d'un panal usen ànguls de 120°, formant hexàgons. Només quatre parets de pompes es poden trobar en un mateix punt, en el que les llínees a on es troben els triplets de parets estan separades per 109,47°.
Interferència i reflexió
[editar | editar còdic]El color iridiscent de les pompes de sabó són efecte de l'interferència entre les ones de llum. Quan la llum incidix en la película, part d'ella és reflectida per la part exterior de la superfície mentres que una atra part entra dins de la película i resorgix despuix de ser reflectida vàries voltes per les dos superfícies. La reflexió total que s'observa està determinada per l'interferència de totes estes reflexions. Com cada volta que es travessa la película es produïx un desfasament proporcional a la gruixa de la película i inversamente proporcional a la llongitut d'ona, el resultat de l'interferència depén d'estes dos cantitats. Per tant, per a una gruixa donada, l'interferència serà constructiva per a algunes llongituts d'ona i destructiva per a unes atres, de manera que la llum blanca que incidix en la película és reflectida en una tonalitat que canvia en la gruixa.
Es pot observar un canvi de color quan la pompa es fa més fina per evaporament. Les parets més grosses cancelen llongituts d'ona roges (més llargues), causant una reflexió blava-verda. Després, les parets més fines cancelen el groc (deixant llum blava), després el vert (deixant magenta) i després el blau (deixant el groc). Finalment, quan la paret de la pompa es fa molt més fina que la llongitut d'ona de la llum visible, totes les ones de la regió visible es cancelen unes a unes atres i no es percep cap reflexió. Quan s'observa este estat, la paret és més fina que uns 25 nanómetros, i provablement està a punt d'esclatar.
Els efectes d'interferència també depenen de l'àngul en el que la llum incidix sobre la película, un efecte cridat iridiscència. Per tant, encara que la paret de la pompa tinguera una gruixa uniforme, se seguirien veent variacions de color per la curvatura i/o al moviment. No obstant, la gruixa de la paret canvia contínuament perque la gravetat atrau al líquit cap a la part baixa, de manera que normalment també es poden observar bandes de color que es mouen cap a avall.
-
En el diagrama de dalt, un raig de llum incidix sobre la superfície en el punt X. Part de la llum és reflectida, pero alguna travessa la paret de la pompa i és reflectida en l'atre costat de la paret.
-
En este diagrama veem dos rajos de llum roja (rajos 1 i 2). Abdós rajos es dividixen igual que abans i seguixen dos camins possibles, pero solament estem interessats en els camins representats en llínees contínues. Considerem el raig que emergix del punt Y. Consistix en dos rajos superposts: la part del raig 1 que va travessar la paret de la pompa i la part del raig 2 que es va reflectir en la paret exterior. El raig 1 ha viajat una distància XOY major que la del raig 2. Com XOY resulta tindre la mateixa llongitut que la llongitut d'ona de la llum roja, els dos rajos estan en fase (les crestes i les valls estan juntes).
-
Este cas és similar al diagrama anterior, llevat en que la llongitut d'ona és distinta. Esta volta XOY no és múltiple de la llongitut d'ona, i per tant els rajos 1 i 2 apleguen a I desfasados. Les valls del raig 1 s'alineen en les crestes del raig 2, i els dos rajos es cancelen mútuament. L'efecte global és que, per a esta gruixa de pompa, no es reflectirà llum blava.
-
Esta image per computador mostra els colors reflectits per una película fina d'aigua allumenada per llum blanca sense polarisar. El radi és proporcional a la gruixa de la película, i l'àngul polar és l'àngul d'Iridiscència.
.png){kind=link}
.png){kind=link}
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Pompa de jabón» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.