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

• Antiburbujas

• 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