Um estudo inspirado por artistas de rua que faziam bolhas de sabão gigantescas levou a uma descoberta na mecânica dos fluidos:a mistura de diferentes tamanhos moleculares de polímeros em uma solução aumenta a capacidade de uma película fina se esticar sem quebrar.

O jornal Fluidos de revisão física publicou os resultados do estudo de físicos da Emory University. As descobertas podem levar a processos de melhoria, como o fluxo de óleos através de tubulações industriais e a eliminação de espumas poluentes em córregos e rios.

Os resultados também têm implicações para os entusiastas da explosão de bolhas de quintal.

"Este estudo definitivamente coloca a diversão na ciência fundamental, "diz Justin Burton, professor associado de física na Emory University e autor sênior do artigo.

A dinâmica dos fluidos é um dos focos do laboratório de Burton. "Os processos de dinâmica de fluidos são visualmente bonitos e estão em todos os lugares do nosso planeta, desde a formação e fragmentação de gotas e bolhas até a aerodinâmica dos aviões e a reviravolta dos oceanos em alto mar, " ele diz.

Enquanto Burton estava em Barcelona para uma conferência há alguns anos, por acaso, ele viu artistas de rua fazendo bolhas enormes usando uma solução de sabão e um barbante de algodão grosso. "Essas bolhas tinham o diâmetro de um bambolê e o comprimento de um carro, "ele lembra." Eles também eram lindos, com mudanças de cor de vermelho para verde e tons azulados em sua superfície. "

Este efeito arco-íris mostra que a espessura de um filme é comparável ao comprimento de onda da luz, ou apenas alguns mícrons, ele explica.

Assistir ao desempenho levantou uma questão física na mente de Burton:como um filme microscopicamente fino poderia manter sua integridade em uma distância tão grande sem se quebrar? Ele começou a investigar, tanto em seu quintal quanto em seu laboratório.

Enquanto pesquisava receitas de bolhas, Burton encontrou o Soap Bubble Wiki, um online, projeto de código aberto. O wiki afirma que tem como objetivo ajudar os "borbulhadores" a criar "a bolha perfeita", separando o fato do folclore sobre receitas e ingredientes para fazer bolhas de sabão.

Além de água e detergente líquido, as receitas da Soap Bubble Wiki geralmente incluíam um polímero - uma substância composta de longas cadeias de moléculas repetidas. Os polímeros mais comuns nas receitas eram guar natural, um pó usado como aditivo em alguns alimentos, ou polietilenoglicol industrial (PEO), um lubrificante usado em alguns medicamentos. Guiado pelas recomendações do wiki, Burton conduziu experimentos de laboratório junto com dois alunos coautores que já se formaram:Stephen Frazier, que recebeu um mestrado em física em maio e é o primeiro autor, e graduação Xinyi Jiang.

"Basicamente, começamos a fazer bolhas e estourá-las, e registrou a velocidade e dinâmica desse processo, "Burton diz." Focar em um fluido em seus momentos mais violentos pode dizer muito sobre sua física subjacente. "

Filmes de sabão absorvem luz infravermelha, então os pesquisadores o iluminaram através das bolhas para medir a espessura dos filmes. Eles também mediram os pesos moleculares dos diferentes polímeros que usaram nas receitas de bolhas. E eles deixam a gravidade puxar as gotículas de vários filmes de sabão de um bico, para medir quanto tempo o fio de líquido resultante poderia esticar entre o bico e a gota antes de quebrar.

Os resultados revelaram que os polímeros eram o ingrediente chave para fazer bolhas colossais. O longo, fios fibrosos de polímeros permitem que as bolhas fluam suavemente e se estiquem ainda mais sem estourar.

"Os fios de polímero ficam emaranhados, algo como uma bola de cabelo, formando fios mais longos que não querem se separar, "Burton explica." Na combinação certa, um polímero permite que uma película de sabão alcance um 'ponto ideal' que é viscoso, mas também elástico - mas não tão elástico que se rasgue. "

O trabalho confirma o que muitos "borbulhadores" especialistas já haviam descoberto - uma boa receita de bolha de sabão gigante deve incluir um polímero.

"Fizemos a física para explicar por que e como os polímeros podem fazer um filme fluido esticar até 100 metros quadrados sem quebrar, "Burton diz.

Os físicos também descobriram que variar os tamanhos moleculares dos polímeros ajuda a fortalecer a película de sabão. Essa descoberta aconteceu por acaso.

Os pesquisadores trabalharam no projeto por mais de um ano e armazenaram alguns contêineres de PEO que haviam comprado. Eles perceberam que PEO de contêineres que envelheceram cerca de seis meses produziam filmes de bolha de sabão mais fortes em comparação com PEO de contêineres usados ​​quando foi comprado pela primeira vez. Após investigação, eles perceberam que os polímeros no PEO envelhecido se degradaram ao longo do tempo, variando o comprimento das fitas moleculares.

"Polímeros de tamanhos diferentes tornam-se ainda mais emaranhados do que polímeros de tamanho único, fortalecendo a elasticidade do filme, "Burton diz." Essa é uma descoberta fundamental da física.

Compreendendo como os fluidos e filmes finos respondem ao estresse, Burton diz, pode levar a uma série de aplicações, como melhorar o fluxo de materiais industriais através de tubos, ou a limpeza de espumas tóxicas.

"Tal como acontece com todas as pesquisas fundamentais, você tem que seguir seus instintos e coração, "Burton fala de sua odisséia de bolhas de sabão." Às vezes, sua bolha estourou, mas neste caso, descobrimos algo interessante. "