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Giochi della nostra infanzia: BOLLE DI SAPONE

BOLLE DI SAPONE

Una bolla di sapone è un fine strato di acqua e sapone che forma una sfera dalla superficie iridescente. Le bolle di sapone spesso rimangono in formazione sferica solo per pochi secondi poi, o scoppiano da sé o dopo il contatto con altri oggetti in grado di assorbire il liquido che le circonda. In genere le si usa come passatempo per i bambini ma il loro sfruttamento in performance artistiche professionali dimostra la loro capacità di affascinare anche gli adulti. Le bolle di sapone possono aiutarci inoltre a risolvere complessi problemi matematici riguardanti lo spazio poiché rappresentano sempre la più piccola area di superficie tesa tra due punti o due confini e, soprattutto, il concetto di “sfera perfetta“.

Tensione superficiale e forma

Una bolla può esistere perché lo strato superficiale di un liquido (molto spesso acqua) ha una certa tensione superficiale, ciò lo fa comportare similmente ad un foglio elastico. In ogni caso, una bolla fatta da un liquido puro da solo non è stabile ed è necessario sciogliervi un surfattante come il sapone per stabilizzarla. Un concetto comune ma errato è che il sapone aumenti la tensione superficiale dell’acqua. È vero il contrario, cioè il sapone decrementa la tensione superficiale dell’acqua in superficie approssimativamente di 1/3.

Il sapone non rinforza le bolle ma le stabilizza grazie ad un fenomeno conosciuto come effetto Marangoni. Quando il film superficiale della bolla si va allungando e assottigliando (ad esempio quando una bolla si gonfia), la concentrazione di sapone nel film diminuisce e ciò causa un aumento della tensione superficiale. Così il sapone va a rinforzare le parti più deboli della bolla e tende a non farla ingrandire ulteriormente. Il sapone inoltre riduce l’evaporazione permettendo alla bolla di durare più a lungo, sebbene questo effetto sia relativamente scarso.

La forma sferica è anch’essa dovuta alla tensione superficiale. La tensione superficiale porta alla formazione di una sfera perché questa possiede la minima superficie per un dato volume.

La forma può essere visibilmente distorta da correnti d’aria e quindi anche dal gonfiaggio. Tuttavia se una bolla viene lasciata libera nell’aria in quiete la sua forma rimane più o meno sferica come ad esempio le gocce di pioggia raffigurate nei dipinti.

Congelamento  

Le bolle di sapone prodotte in aria con temperatura sotto i -15 C° (5 °F) congeleranno appena toccheranno una superficie. L’aria che si trova all’interno gradualmente diffonderà fuori, facendo collassare la bolla sotto il suo stesso peso. Ad una temperatura sotto i -25 °C (-13 °F), le bolle congeleranno in aria e potranno infrangersi toccando terra. Quando ad una temperatura così bassa le bolle vengono gonfiate con aria calda dapprima congelano in forma perfettamente sferica ma quando l’aria al loro interno si raffredda diminuendo così di volume subiranno un parziale collasso. Una bolla gonfiata con successo a questa bassa temperatura sarà sempre piuttosto piccola: congelerà rapidamente e scoppierà se la si continua a gonfiare.

Fusione 

Quando due bolle si fondono, valgono i soliti principi, e la bolla risultante assumerà la forma con la minima superficie possibile. La loro superficie comune risulterà in una protuberanza sulla seconda bolla perché le bolle più piccole hanno una pressione interna maggiore (tale trasformazione è nota come maturazione di Oswald ed è causata dalle differenze di pressione tra due bolle di raggio diverso proprio come previsto dall’equazione di Young-Laplace). Se le bolle hanno la stessa dimensione la superficie comune a entrambe sarà piatta. Ad un certo punto quando tre o più bolle si incontrano esse formano una parete comune lungo una sola linea (spezzata o no). Poiché la tensione superficiale è la stessa in tutte e tre le superfici, i tre angoli che esse formano tra di loro devono essere di 120º.

Bolle di Sapone – Interferenza e riflessione 

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Iridescenza della superficie della bolla

I colori iridescenti della bolla di sapone sono causati dall’interazione con la luce solare dovuta in particolare alla sottigliezza del film.

Quando la luce colpisce il film, alcuni raggi sono riflessi dalla superficie esterna di questo, mentre altri penetrano all’interno e vengono riflessi solo dopo aver subito una deviazione. La riflessione che si osserva è generata dall’insieme di queste riflessioni e dalla loro interferenza. Ogni attraversamento del film da parte di un’onda di luce le fa subire uno spostamento di fase proporzionale allo spessore del film e alla frequenza del raggio di luce, e dipendente dall’angolo di osservazione. Un viraggio del colore visibile sulla superficie può essere osservato quando il film della bolla si assottiglia a causa di fenomeni locali come l’evaporazione.

Manifesto anni ’50 – Pin-Up

Ciò significa che una bolla di sapone che flotta nell’atmosfera, poiché l’acqua presente lungo la sua superficie evapora col tempo, riflette e assorbe lunghezze d’onda diverse in diversi momenti. I film più sottili assorbono la luce rossa (maggiore lunghezza d’onda) e riflettono blu-verde (bassa lunghezza d’onda). Film ancora più piccoli assorbono il giallo e riflettono il blu e altri ancora più piccoli assorbono il verde e riflettono magenta e assorbono il blu riflettendo giallo oro. Alla fine quando il film diventa talmente sottile da essere paragonabile alla lunghezza d’onda del raggio incidente non vi è alcune riflessione sicché la bolla non presenta colorazione. A questo stadio la superficie della bolla è spessa circa 25 nm ed è sul punto di scoppiare. In realtà lo spessore del film varia continuamente perché la gravità sposta il liquido verso il basso. Ecco perché bande di colore sono spesso osservabili sulla parte bassa della bolla.

Siccome l’interferenza dipende dall’angolo di osservazione, anche se la superficie della bolla presenta uno spessore uniforme, si possono osservare variazioni di colore dovute al raggio di curvatura o ad eventuali movimenti. ( 4feb18 )

Ma quanto ci piaceva……corrergli dietro per farle scoppiare tutte!!!!!

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