Ciencia en una burbuja

El profesor Howard Stone explicó la ciencia involucrada en la formación de burbujas durante la conferencia anual de vacaciones SEAS el 18 de diciembre. (Foto de Eliza Grinnell/SEAS Communications).

Deja caer un clip en un vaso de agua y rápidamente se hundirá hasta el fondo. Pero coloque suavemente ese mismo clip en la superficie del agua y flotará.

¿Por qué el sujetapapeles se comporta de manera diferente? Los resultados contrastantes son causados ​​por la tensión superficial, explicó el profesor Howard Stone durante la 15ª conferencia anual de vacaciones en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson el 18 de diciembre.

La tensión superficial se produce en las interfaces del agua y el aire porque las moléculas de agua se atraen más entre sí que las moléculas de aire, lo que provoca que se ejerza una fuerza hacia el interior a través de la superficie del líquido, que se comporta como si estuviera cubierta por una membrana delgada.

El experimento del clip fue una de varias demostraciones interactivas utilizadas por Stone, un ex miembro de la facultad de Harvard y ahora profesor Dixon en Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de Princeton, para mostrar el poder de la ciencia a cientos de niños locales y sus padres.

Stone, junto con el asistente de investigación Daniel Rosenberg, hicieron burbujas, reventaron un globo de agua, compararon los tamaños de las gotas de agua y etanol, hicieron flotar un trozo de cuerda sobre la superficie del agua y mostraron videos en cámara lenta de zancudos acuáticos en acción: todo para explicar los efectos de la tensión superficial.

Stone (izquierda) y Rosenberg revientan un globo de agua para mostrar cómo la tensión superficial y la gravedad afectan la forma del agua a medida que cae. (Foto de Eliza Grinnell/SEAS Communications).

Esa tensión superficial se interrumpe, lo que hace que los sujetapapeles en el experimento de Stone caigan al fondo del tanque de agua, si solo se agregan unas gotas de jabón al agua.

La película de jabón que se forma en la superficie del agua es otro ejemplo de cómo las fuerzas crean propiedades únicas en las interfaces, explicó Stone. Las moléculas de jabón están compuestas por componentes hidrofílicos e hidrofóbicos; los componentes hidrófobos se abren camino a través de las moléculas de agua para escapar, formando una película con dos filas de moléculas de jabón separadas por una fina capa de líquido.

"Pensamos en la película de jabón como un tira y afloja", dijo. "Toda la película está bajo presión y tirando de sí misma".

Se pidió a los niños de la audiencia que ilustraran este proceso químico. En la parte delantera de la sala de conferencias, los niños que vestían camisetas etiquetadas como hidrofóbicas o hidrofílicas, que representaban a las moléculas de jabón, se alinearon a ambos lados de los niños que vestían camisetas azules, que representaban las moléculas de agua. Agarrando manos, la película de jabón humano serpenteó por el frente de la sala de conferencias, provocando vítores de los padres en sus asientos.

Stone dirige a los niños mientras representan la formación de una película de jabón. (Foto de Eliza Grinnell/SEAS Communications).

Ser capaz de representar una reacción química fue la parte más divertida de la conferencia para Rachel Liu, de 9 años. Estaba especialmente interesada en conocer los componentes hidrofílicos e hidrofóbicos de las moléculas de jabón.

"La ciencia nos dice mucho sobre el mundo que nos rodea", dijo.

Después de escuchar la presentación de Stone, Walter Hopwood, de 8 años, dijo que ya no dará por sentadas las pompas de jabón. Quedó impresionado por cómo Stone y Rosenberg usaron "experimentos geniales" para explicar cada proceso.

Dar a los niños una comprensión básica de los principios científicos y alentarlos a mantener la curiosidad es el objetivo de las conferencias, dijo Stone. Se inspiró en el libro "Soap Bubbles", publicado en 1890 y todavía impreso en la actualidad. Se basa en una colección de conferencias públicas sobre las propiedades de las películas de jabón que el físico británico Charles Vernon Boys presentó a familias en Londres a fines del siglo XIX.

"Espero que estos niños se den cuenta de que siempre hay más cosas que aprender", dijo Stone. "Sigue haciendo preguntas, pensando profundamente y haciendo tus propias observaciones. Hay tantas cosas fascinantes en el mundo".

Grace Liu, de nueve años, observa atentamente mientras Stone reproduce un video de un zancudo de agua moviéndose por la superficie del agua. (Foto de Eliza Grinnell/SEAS Communications).

La conferencia navideña, presentada conjuntamente por SEAS y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Princeton, fue patrocinada por el Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales (MRSEC) en Harvard, el Centro de Princeton para Materiales Complejos, el MRSEC de la Universidad de Princeton y el Princeton Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales.

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