Una esfera tensa

Por Yasab Ruiz Hernández

De chiquitos en un parque, perseguíamos un líquido con alta tensión superficial que ocupaba la menor superficie posible. Si me dicen: “¡no manches! Yo nunca he hecho tal cosa”, me están diciendo que nunca les llamó la atención las burbujas de jabón.

Kids Chasing Bubbles. Liberado bajo una Licencia Creative Commons By 2.0.

Perseguir burbujas: un gran placer de todo niño.

La tensión superficial es lo que hace posible que se formen las burbujas de jabón. Este fenómeno se genera cuando un fluido (como un gas o un líquido) se pone en contacto con otro material. En el lugar donde hacen contacto se genera una superficie de contacto, donde cada parte del fluido en cuestión jala hacia sí mismo al resto y al otro material. Esto genera una fuerza en la superficie del fluido, que es la fuerza de tensión superficial.

Esto lo podemos ver cuando, en una alberca, si alguien se deja caer horizontalmente sobre el agua, es muy probable que dé el famoso panzazo, pero si “perfora” la superficie del agua con un clavado, logrará introducirse en ella. Y lo vemos aún más claro cuando doblamos un alambre en forma circular y le amarramos un hilo de extremo a extremo del círculo. Si lo sumergimos en jabón y rompemos una parte de la pelicula de jabón, observaremos que se tensa el hilo.

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Animación del efecto de la tensión superficial sobre un hilo.

Si tenemos una capa delgada de algún fluido contenida en algún recipiente, al aplicar una fuerza sobre ella podemos lograr que la película se desprenda del recipiente y empiece a flotar en el medio. Suena complicado, pero es lo que hacemos cuando soplamos a través de un alambre con jabón para obtener una burbuja. La burbuja surge cuando hay un aumento de presión de un lado de la película (lo que logramos al soplar) y se mantiene si llega a ciertas condiciones de equilibrio.

Este equilibrio se logra cuando las fuerzas que actúan sobre la superficie de la burbuja se anulan. Se puede considerar que hay dos tipos de fuerzas que actúan: la que se debe a que hay más presión adentro que afuera de la burbuja y la que se debe a la tensión superficial. Y estas se anulan cuando son iguales.

Después de meter un poquito de matemáticas, (alguien ya lo ha hecho, no se hará ahora), llegamos a una ecuación simpática, que nos dice que:

Presión dentro de la burbuja-Presión fuera de la burbuja = 4γ/r

Donde γ (gamma) indica qué tanta tensión superficial tiene el fluido y r es el radio de la burbuja.

Si lo comparamos con un globo, γ (gamma) sería qué tan tenso sentimos el globo al picarlo con el dedo.

En fin, lo que nos importa en este momento es que con las burbujas pasan y se explican cosas muy bonitas, que cualquier persona puede ver. Sólo necesita… ¡burbujas!

  • Por ejemplo, cuando soplamos burbujas y logramos que salga más de una es muy dfícil que las burbujas salgan del mismo tamaño. Esto sucede porque la superficie del jabón puede mantener las fuerzas equilibradas con diferentes tamaños de burbujas (diferentes radios).
  • Si logramos soplar una burbuja al aire, y que empiece a flotar sin que toque el suelo ni nada puntiagudo, eventualmente se romperá. El jabón empieza a resbalar por las paredes de la burbuja y, por la gravedad, se va a la parte de abajo de la burbuja. Esto hace que la burbuja se empiece a adelgazar. Llega un punto en el que la superficie de la burbuja no puede aguantar las fuerzas de presión y explota. Incluso de vez en cuando podemos ver como, al explotar, cae una gota de jabón desde abajo de la burbuja, que es el jabón que resbaló del resto de la burbuja (10 puntos si me dicen por qué la burbuja explota al tocar objetos puntiagudos.).

    Life and death. Imagen liberada bajo una Licencia Creative Commons By 2.0

    Una burbuja cuando vive y cuando muere.

  • Si soplamos demasiado fuerte, causamos que la presión dentro de las burbujas sea muy grande, y la superficie del jabón no aguante dicha presión, y por lo tanto explote.
  • Si hay mucha presión en el exterior, al formarse la burbuja, ésta colapsará (implotará).
  • Parece muy obvio, pero si no soplamos, no hay burbujas. Esto ocurre porque no existe una diferencia de presión.
  • Entre otras cosas que se pueden observar…

A mí lo que más me sorprendió es que se pueden generar burbujas en el vacío. Es decir, que aunque no haya nada de aire en el que puedan flotar las burbujas, se pueden hacer burbujas. Sólo se necesita un fluido que aguante la presión que esté dentro de la burbuja. Esto me llevó a pensar en los tubos de Atrapa-Burbujas que estuvieron de moda a principios de esta década, que eran unas burbujas que duraban mucho, fabricadas con algún líquido muy denso (y muy tenso, superficialmente hablando).

Y si se han preguntado por qué las burbujas tienden a tener la forma de una esfera, la respuesta es porque la naturaleza siempre tiende a utilizar las formas en donde utilice la menor cantidad de energía. Hablando de burbujas flotando en el aire, la menor cantidad de energía se logra cuando la superficie es la menor. La forma que logra esta superficie mínima es la de una esfera.

Ahora bien, estamos acostumbrados a tener primero el jabón y luego aumentar la presión (soplar) para formar la burbujas. Pero ¿qué responden si les digo que podemos tener primero el lugar donde esté aumentando la presión y después aplicamos la película de jabón? Simplemente necesitamos que se forme una superficie lo suficientemente lisa. Si no me creen, vean el siguiente video:

En el video se tiene un recipiente con hielo seco (dióxido de carbono). Se tiene una tela sumergida en una solución jabonosa y con ella se frotan, primero los bordes y después se recorre todo el recipiente, obteniendo una burbuja.

Si quieren divertirse con burbujas (en caso de que alguien los cuestione, contesten que están observando los efectos de la tensión superficial), pueden usar un poco de shampoo ligeramente disuelto en agua. Si quieren burbujas más duraderas, pueden una solución especial. Para prepararla:

  1. Disuelven en100 ml de agua, 10 gramos (un puño) de raspaduras de jabón.
  2. En 900 ml de agua, disuelven 400 gramos (2 tazas al ras) de azúcar.
  3. Mezclan las dos soluciones y ¡listo! Como se puede echar a perder, se recomienda meterlo al refrigerador y agregar unas gotas de alcohol.

Para crear las burbujas pueden usar un popote, un alambre doblado o un limpiapipas.

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13 comentarios el “Una esfera tensa

  1. Mmm intuyo que una burbuja explota al tocar objetos puntiagudos porque el aire de adentro (que está a mayor presión que el exterior) encuentra una forma de salir de la película tensa…
    Wow, no sabía muchas cosas de las burbujas, pero de hecho algunas ya las había intuido jugando con ellas cuando era niño.

  2. Mmm… podría ser que la burbuja, al ser pinchada por un objeto puntiagudo, desequilibras el balance de fuerzas entre la tensión superficial y la presión interna de la burbuja, provocando que ésta colapse…

    Bueno es lo que se me ocurre, ya que me acuerdo de mis clases de física, que si aplicamos una fuerza en un área pequeña, la presión es grande. El área del pico de un objeto puntiagudo es muy chiquita, y con un pequeño esfuerzo que hagamos podemos perforar objetos (por eso le tengo fobia a las inyecciones).

    Buen aporte… ¡¡¡me encanta la -Quimicafísica!!! (porque la traducción correcta del inglés “physical chemistry” es quimicafísica y no fisicoquímica)

  3. Yo quiero mis 10 puntos! Se le aplica una fuerza a la burbujita desequilibrando presiones y tensión superficial haciendola romperse 🙂

  4. orale, jaja yo de chiquito trataba de caminar en el agua, hasta que en la secu aprendi lo de la tension superficial, de chiquito me ubiera encantadoo poder observar una burbuja como ahora lo hago 😀 (despues de leer el blog), supongo que la burbuja se rompe, porque la tension superficial se rompre, supongo, ja excelente entrada, mañana hare mis burbujas

    • 10 puntos.
      De hecho por la tensión superficial algunos insectos y reptiles pequeños pueden caminar sobre el agua. De hecho, Flash también puede, porque va tan rápido que no permite que se rompa la fuerza de tensión superficial antes de que quite el pie.

  5. 10 puntos para todos. 🙂

    En efecto. Más que un desequilibrio entre las presiones -éstas ya están desequilibradas, pues hay mayor presión adentro de la burbuja que afuera- se produce un desequilibrio entre las fuerzas. El objeto puntiagudo perfora la superficie. Entonces las fuerzas de tensión superficial del resto de la película de jabón jalan el agujero, hacia afuera del mismo. Las fuerzas de tensión superficial que jalan el agujero hacia adentro se hacen más chicas que las fuerzas que jalan el agujero hacia afuera. Llega un momento en que la superficie no aguanta las fuerzas y, *paf*, explota por la presión que hay dentro de la burbuja

    Gracias por sus comentarios y respuestas. 😀

  6. Pingback: El vapor no me congela « Imperio de la Ciencia

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