Polimeri su tajna fizike koja se krije iza ogromnih mjehurića od sapunice

Kako napraviti savršen mjehurić od sapunice?

Prema novom istraživanju, miješanje različitih veličina molekula polimera unutar otopine sapunice povećava mogućnost rastezanja tanke ovojnice bez pucanja.

Za ovaj rad u kojem su došli do otkrića u području mehanike fluida, istraživače su inspirirali ulični izvođači koji prave ogromne mjehuriće od sapunice. Ova otkrića mogla bi potencijalno dovesti do poboljšanja procesa poput protoka nafte kroz industrijske cijevi i pročišćavanja onečišćujućih pjena u rijekama i potocima. U rezultatima su također pružene upute za ljubitelje pravljenja mjehurića u vlastitom dvorištu.

„Ovo istraživanje fundamentalnu znanost čini zabavnom“, navodi autor Justin Burton, izvanredni profesor fizike na američkom Sveučilištu Emory u Atlanti.

Ogromni mjehurići od sapunice i rastezljive ovojnice

Dinamika fluida jedna je od stvari kojima se bave u Burtonovom laboratoriju.

„Procesi dinamike fluida vizualno su lijepi i posvuda su na našem planetu, od nastanka i pucanja kapljica i mjehurića do aerodinamike aviona i dubinskog prevrtanja svjetskih oceana“, navodi Burton.

Kada je prije nekoliko godina sudjelovao na konferenciji u Barceloni, Burton je uočio kako ulični izvođači prave ogromne mjehuriće od otopine sapunice koristeći se debelom pamučnom vrpcom.

„Ovi mjehurići bili su promjera veličine hulahopa i dužine auta“, prisjeća se Burton. „Također su bili lijepi, s promjenama boja na površini od crvene do zelene, prema nijansama plave.“

Objasnio je kako taj efekt duge ukazuje na to da je debljina ovojnice usporediva s valnim duljinama svjetlosti, tj. da debljina ovojnice iznosi samo nekoliko mikrona.

Ta izvedba potaknula je Burtona na razmišljanje o fizici: kako tako mikroskopski tanka ovojnica ostaje cjelovita na tako velikoj udaljenosti bez pucanja? Započeo je istraživanje, kako u vlastitom dvorištu, tako i u laboratoriju.

Izazov za savršeni ogromni mjehurić od sapunice

Kako je Burton istraživao recepte za mjehuriće naišao je na online projekt otvorenog tipa Soap Bubble Wiki. Na stranici se navodi kako je cilj pomoći „mjehuričarima“ napraviti „savršene mjehuriće“ odvajanjem činjenica od tradicije u pogledu recepata i sastojaka za pravljenje mjehurića od sapunice.

Osim vode i tekućine za pranje suđa, recepti na Soap Bubble Wikiju često uključuju i polimere – tvari napravljene od dugih lanaca ponavljajućih molekula. Najčešći su polimeri u receptima prirodni guar, prah koji se koristi kao dodatak hrani, ili industrijski polietilen glikol (PEG), mazivo koje se koristi u pojedinim lijekovima.

Uz prijedloge s Wikija koji su ga vodili u radu, Burton je proveo laboratorijske eksperimente zajedno s dvoje studenata koautora koji su u međuvremenu diplomirali.

„Zapravo smo počeli praviti mjehuriće i pucati ih te smo pratili brzinu i dinamiku tog procesa“, navodi Burton. „Promatranje kapljevine u njenim najdinamičnijim trenucima može vam reći puno toga o fizici u pozadini procesa.“

Ovojnice sapunice upijaju infracrvenu svjetlost te su je istraživači propuštali kroz mjehuriće kako bi izmjerili debljinu ovojnica. Također su mjerili molekularne mase različitih polimera koje su koristili u receptima za mjehuriće. Osim toga puštali su da sila gravitacije povlači kapljice različitih ovojnica sapunice kako bi odredili koliko se može ostatak kapljevine rastegnuti prije pucanja.

Rezultati su pokazali da su polimeri ključni sastojak za pravljenje ogromnih mjehurića. Duge, vlaknaste niti polimera omogućavaju gladak protok mjehurića i dalje rastezanje bez pucanja.

„Niti polimera zapetljavaju se poput kuglice dlaka te tako nastaju dulje niti koje ne pucaju“, objašnjava Burton. „S pravom kombinacijom, polimer omogućava postizanje 'točke' koja je viskozna, ali također rastezljiva, a opet ne toliko rastezljiva da bi pucala.“

  • Justin Burton (lijevo) i Stephen Frazier eksperimentiraju s ogromnim mjehurićima od sapunice. / Foto: Emory University

Potrebni polimeri

Rad potvrđuje ono što su brojni 'stručnjaci za mjehuriće' već shvatili – dobar recept za ogromne mjehuriće treba sadržati polimer.

„Proučili smo fiziku kako bi objasnili zašto i kako polimeri mogu rezultirati time da se ovojnica fluida rasteže na 100 metara kvadratnih bez pucanja“, navodi Burton.

Fizičari su također otkrili da različite veličine molekula polimera ojačavaju ovojnice sapunice. To otkriće bilo je slučajno.

Istraživači su radili na ovom projektu duže od godinu dana i skladištili spremnike PEG-a koje su nabavljali. Uočili su kako PEG iz spremnika starih oko 6 mjeseci proizvodi jače ovojnice mjehurića od sapunice u usporedbi s polietilen glikolom iz tek kupljenih spremnika. Tijekom istraživanja uočili su da su se polimeri u starijem PEG-u s vremenom razgradili te da imaju različite veličine molekula.

„Polimeri različitih veličina još se više zapetljavaju nego polimeri iste veličine što ojačava elastičnost ovojnice“, kaže Burton. „Ovo je temeljno otkriće fizike.“

Prema Burtonu, razumijevanje načina na koji fluidi i tanke ovojnice reagiraju na pritisak može rezultirati nizom primjena.

„Kao i u slučaju svakog temeljnog istraživanja, trebate pratiti svoje instinkte i srce“, navodi Burton. „Ponekad vaši mjehurići pucaju, ali u ovom slučaju otkrili smo nešto zanimljivo.“

Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review Fluids., a rad je podržao Odjel za istraživanje materijala američke Nacionalne zaklade za znanost.

Kako napraviti savršene mjehuriće od sapunice?

Justin Burton predlaže sljedeći recept za pravljenje ogromnih mjehurića od sapunice uz napomenu da se pojedini čimbenici ne mogu kontrolirati izvan laboratorija, poput vlažnosti zraka, te mogu utjecati na rezultate:

Sastojci:

  • 1 litra vode
  • 50 mililitara Dawn Professional Detergenta koji je dostupan online (malo više od 3 jušne žlice)
  • 2-3 grama guar praha, zgušnjivača hrane koji je također dostupan online ili u pojedinim trgovinama (oko ½ čajne žličice)
  • 50 mililitara denaturiranog alkohola (malo više od 3 jušne žlice)
  • 2 grama praška za pecivo (oko ½ čajne žličice)

Upute:

Pomiješajte guar prašak s alkoholom i miješajte sve dok ne nestanu grudice. Pomiješajte smjesu s vodom i lagano miješajte 10 minuta. Pustite da malo odstoji kako bi guar hidratirao. Zatim ponovno promiješajte. Voda bi trebala pomalo zgusnuti. Dodajte prašak za pecivo i miješajte, zatim dodajte Dawn Professional Detergent i lagano miješajte kako bi izbjegli nastajanje pjene. Umočite ogromni štap za mjehuriće s vlaknastom niti u mješavinu i lagano izvucite nit. Lagano zamahnite štapom i uživajte u fizici ogromnih mjehurića od sapunice!

Žarko Šaravanja / Ekovjesnik

 

 

 

VEZANE VIJESTI

Sirote ptice pojedu stotine fragmenata plastike na dan

Grozni prizori kitova, morskih kornjača i drugih životinja koje stradavaju zbog našeg plastičnog otpada na najtužniji način ukazuju na razmjere plastične krize. Odavno znamo da plastični otpad ugrožava i velik broj morskih i kopnenih ptica, no nova istraživanja otkrivaju koliko fragmenata plastike svakodnevno progutaju ta divna stvorenja kroz hranu koju jedu.

Proizvodnja lijekova uz pomoć 'biotvornica' u hidrogelu

Istraživači navode kako nova metoda za proizvodnju te čuvanje lijekova i kemikalija uključuje ugradnju prijenosnih 'biotvornica' u gelove na bazi vode, tj. hidrogelove.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER