Post on 12-Jul-2015
La siguiente presentación fue tomada del taller La siguiente presentación fue tomada del taller sobre burbujas de jabón, elaborada por los sobre burbujas de jabón, elaborada por los profesores de la asignatura Taller profesores de la asignatura Taller Experimental de la Maestría en Enseñanza de Experimental de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias de la Universidad Nacional las Ciencias de la Universidad Nacional
Espesor
Colores
Flujos
Elasticidad
El propósito de las preguntas es el de
afinar las observaciones ya hechas,
con el fin de tener una descripción lo
más completa posible de las películas
de jabón.
Sin embargo, en las
fronteras con los hilos,
sólo existe atracción
hacia el interior de la
película de tal forma que
los hilos se curvan hacia
adentro, este es un
efecto notorio de la
tensión superficial.
La película de jabón: recién hecha es gruesa
~ 5 10-5 m.
Segundos, minutos u horas después se ha
adelgazado hasta ~ 5 10-9 m. El tiempo
dependerá de si la solución fluye rápido o
lento, es decir está ligado a la viscosidad de
la solución.
El espesor varía desde casi 50 veces la longitud de
onda de la luz visible hasta unas pocas distancias
atómicas. Como el líquido va escurriendo, fluye,
hace que la forma de la película sea de cuña.
El esquema de Cyryl Isenberg muestra que en una película de espesor variable, en forma de cuña, las moléculas y, z en la parte inferior, no tienen pares en la parte superior, generando un flujo extra hacia a bajo o hacia los costados como en las fronteras con la lana o la madera llamadas fronteras de Plateau.
De lo visto en la pregunta anterior, lo
más probable, es que la película
empiece a romperse por la parte
superior, en donde es más delgada, y
cerca de la frontera con la madera o la
lana.
Existen otros factores exteriores que hacen que
la película se reviente:
•Corrientes de aire que producen una
evaporación intensa en poco tiempo.
• Cuando toca una superficie seca, el líquido la
moja, es decir que se establece un flujo que
adelgaza rápidamente la película en las
vecindades de la superficie seca, que puede ser
un dedo o alguna parte de la mano. En el caso
de la mano hay un proceso de evaporación
debido a que la temperatura corporal, en
general, es mayor que la del líquido.
1. Estiramiento de la película
2. Flujo del líquido
3. Evaporación
4. Drenaje en las fronteras
1. Al estirar la película, esta aumenta su área pero
disminuye su espesor. El proceso es, a grandes
rasgos el siguiente: a la superficie van a llegar
muchas moléculas de agua, ya que estas son
mayoría, lo cual baja la densidad de las moléculas
de jabón respecto al interior de la película.
A su vez, esto hace que migren moléculas de
jabón hacia la superficie tratando de igualar las
densidades. Cuando cesa el estiramiento,
rápidamente se llega al equilibrio y los anteriores
flujos cesan.
2. El flujo del líquido tiene que ver con la
influencia de la fuerza de la gravedad que
hace que el líquido escurra. Estos flujos
pueden ser laminares o viscosos.
3. La evaporación, por lo general va a actuar sobre
toda la película, haciendo que esta se adelgace
uniformemente. Lo que se evapora son las
moléculas de agua. Recuérdese que el agua es un
líquido relativamente volátil.
Distribución de iones en el jabónDistribución de iones en el jabón
La película se va adelgazando hasta alcanzar una
condición en que aparecen los colores. No es fácil
percibir cual color aparece primero. Pero si se puede
afirmar que a partir de este momento comienza el
proceso que permite conformar franjas de distintos
colores.
Estos colores no se van a quedar estáticos, lo que se
observa es que ellos se mueven a lo largo de la
película. También se observa que las franjas se
inician en la parte posterior pero, se demoran un
poco más para aparecer en la parte inferior.
Colores de interferencia con luz reflejada,
Intensidad baja
Colores de interferencia con luz Transmitida, intensidad alta
La luz que se refleja cuando va del aire al líquido es
del orden del 4% de la intensidad incidente. Por lo
tanto, la transmitida es del 96%.
De ahí, que al mirar la película por el lado de la luz
reflejada los colores que se ven son tenues, caso
contrario sucede cuando se mira del otro lado, en
donde se perciben franjas de color más intensa.
Por supuesto que si se tienen distintas
fuentes de luz situadas a lado y lado de la
película, el efecto arriba señalado no se
percibirá.
Esta pregunta está ligada con la anterior respuesta,
los colores en el tipo de solución que estamos
utilizando, que es aguada, aparecen muy
rápidamente y se debe estar muy atento. Por lo
general, aparece un verde y un rozado que son más
fáciles de observar en los domos. Corresponden a
interferencias de orden 7 u 8. Ver siguiente
pregunta.
la luz es una onda que tiene valles y crestas y que
la longitud de onda de la luz roja es la mayor
(~700 nm) y la del violeta, la menor (~420 nm).
1 nm = 10-9 m
Si la película tiene un espesor t y la luz es
monocromática e incide con un ángulo i sobre la
película, parte de ella se va a reflejar en la cara superior
y parte se va a trasmitir al interior de la película. Es un
hecho conocido que cuando una onda incide desde un
medio de menor índice de refracción, como el aire, a
uno de mayor índice, la onda reflejada se invierte. En
otras palabras hay un desfase de 180° que corresponde
a media longitud de onda.
La intensidad reflejada, IR es del orden del 4% de la
intensidad incidente Io, y la intensidad trasmitida IT es
~ 96% de Io; µ es el índice de refracción de la solución.
La diferencia de caminos en el caso de las onda reflejada IR
para que se de la interferencia positiva es:
2 µtcos Ø+ ½ λ = n λ
Rayos reflejados y trasmitidos. Es evidente que existe una diferencia de
recorridos entre ellos que posibilita el llamado proceso de interferencia
positiva: refuerzo de las ondas. Interferencia negativa, anulación de
ellas.
Io
IT
IRInterferencia con intensidad baja
Interferencia con intensidad alta
µ
tØ
Tomado del libro de Cyryl Isemberg
Si el líquido escurre uniformemente, entonces a una
misma distancia del borde superior el espesor de la
película será el mismo y esto significa que las
franjas son de forma de rectangular.
Pero si el escurrimiento no es uniforme, por
ejemplo, escurre más rápidamente en la zona central,
las franjas que corresponden a un mismo espesor son
ahora curvas.
En las fronteras entre la película y la madera o el alambre o la lana, se
dan las llamadas fronteras de Plateau o anillos de Gibbs, las curvaturas
involucradas indican que la presión es negativa y supone un flujo de
moléculas hacia estas fronteras adelgazando la película adyacente. De
ahí que se empiezan a ver pequeños “lunares” oscuros: la película
negra.
Algo similar sucede cuando se encuentran 3 películas que forman 120º
Una membrana oscilante se puede definir como una
superficie de un pequeño espesor y de una gran
flexibilidad. Este tipo de membranas trabaja en cada
punto según tensiones mecánicas paralelas al plano
tangente a la membrana.
La película de jabón es un buen ejemplo de membrana
oscilante ya que cumple muy bien con las condiciones
mencionadas en la anterior definición y con ella se puede
visualizar como es que oscila este tipo de sistemas físicos.
La película es un sistema físico que puede oscilar de muchas
formas conocidas como modos de oscilación.
Formada la película se deben mover los palos hacia arriba y hacia
abajo con cuidado. Esta forma particular genera lo que se
denomina el primer modo de oscilación.
Ahora si se mueven los palos alternativamente se puede
generar el segundo modo de oscilación. Como se darán cuenta,
cada modo tiene una forma particular. Intente obtener el tercer
modo ¿Cuál sería su forma? ¿y la del cuarto y quinto modo?
1
2
3
4
Representación de los modos de oscilación de una membrana rectangular: blanco
arriba, negro abajo. La segunda columna corresponde a ½ ciclo después.
Los lípidos son comunes en las membranas de los mamíferos, estos compuestos
contienen una doble cadena de hidrocarburos. En la figuras se puede intuir
comportamientos semejantes a la solución de jabón, hecho que según Cyryl Isemberg,
ha revivido la investigación en términos de la biología de las películas de jabón.
Jabón
Lípido
Películas de jabón en biología
Una membrana semipermeable es una
membrana que permite el paso preferencial
de ciertas sustancias presentes en una
disolución frente a otras.
Las membranas celulares que son
elementos que separan el interior de la
célula de su exterior son membranas
semipermeables.
La película de jabón además de ser una buena
membrana oscilante también es una membrana
permeable que sirve para visualizar el fenómeno de la
permeabilidad. Basta dejar caer gotas de la solución
sobre la película y estas la atravesarán sin romperla.
Es permeable ya que las gotas la pueden atravesar en
los dos sentidos.
Una mayor discusión la encuentran en Wikipedia.
LudiburbujasLudiburbujasHaciendo burbujasHaciendo burbujas
• Para hacer una burbuja se necesita tener una película de solución jabonosa y por supuesto una buena solución
• No importa la forma de la película de jabón las burbujas siempre serán esféricas (porqué?)
Escultura con burbujasEscultura con burbujas
• La oruga
• El carrusel
• El problema de Plateau
• Domos
• Tortugas
Decorando con humoDecorando con humo
• El volcán
• Vorticidades
• Esferas
• Domos
• Otros
Miscelánea de burbujasMiscelánea de burbujas
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• Un medio en otro medio
• Ensalada de burbujas
• Burbujomanía
• Adiós burbujeante
3. Burbujas3. Burbujas• Hacer burbujas con pitillo y
observar
• Dos burbujas, tres etc.
• Escultura con burbujas
• Domos
• Burbujas grandes
Agradecimientos a los profesores Agradecimientos a los profesores
Profesores Facultad de Ciencias:Profesores Facultad de Ciencias:
Julián Betancourt – Museo de la Ciencia y Julián Betancourt – Museo de la Ciencia y el juego el juego
Freddy A. Monroy – Departamento de Freddy A. Monroy – Departamento de FísicaFísica
Carlos Perilla – Departamento de FísicaCarlos Perilla – Departamento de Física Catalina Ramírez – Departamento de FísicaCatalina Ramírez – Departamento de Física