Pompa de jabón para niños
Una pompa de jabón o burbuja de jabón es una capa muy delgada de líquido, hecha de jabón y agua, que forma una esfera hueca. Estas burbujas muestran colores brillantes y cambiantes, como un arcoíris, a lo que llamamos iridiscencia. Generalmente, las pompas de jabón duran solo unos segundos antes de explotar por sí solas o al tocar algo.
Aunque son un juguete muy popular para los niños, las pompas de jabón también son fascinantes para los adultos y se usan en espectáculos artísticos. Además, pueden ayudar a resolver problemas matemáticos complicados sobre el espacio, porque siempre buscan tener la menor área de superficie posible.
Contenido
¿De qué están hechas las pompas de jabón?
La "piel" de una burbuja está formada por una capa muy fina de agua que se encuentra entre dos capas de moléculas especiales llamadas tensoactivas, que suelen ser de jabón. Estas moléculas tienen una parte que se siente atraída por el agua (hidrófila) y otra que la repele (hidrófoba). Las partes hidrófilas se unen a la capa de agua y ayudan a que la pompa se mantenga unida. Si las partes hidrófobas se agitan demasiado, la pompa puede explotar.
La física de las pompas de jabón
¿Por qué son redondas y cómo se mantienen?
Una pompa de jabón puede existir gracias a la tensión superficial del líquido, que hace que la capa exterior se comporte como una lámina elástica. Sin embargo, una pompa hecha solo con agua pura no sería estable. Necesita un tensoactivo (como el jabón) disuelto para mantenerse.
Es un error común pensar que el jabón aumenta la tensión superficial del agua. En realidad, el jabón hace lo contrario: la disminuye. El jabón no "refuerza" las pompas, sino que las "estabiliza" gracias a un efecto llamado efecto Marangoni. Cuando la película de jabón se estira, la concentración de jabón disminuye, lo que hace que la tensión superficial aumente en esa zona. Así, el jabón fortalece las partes más débiles de la pompa y evita que se estiren más. Además, el jabón reduce la evaporación, lo que ayuda a que las pompas duren más tiempo.
La forma esférica de las pompas también se debe a la tensión superficial. Esta fuerza hace que la pompa adopte la forma de una esfera porque es la forma que tiene la menor área de superficie para un volumen determinado. Aunque el viento o un soplido pueden deformarlas, si una pompa cae en aire quieto, se mantiene casi perfectamente esférica.
¿Qué pasa cuando se congelan?
Las pompas de jabón que se forman en un ambiente con temperaturas por debajo de -15 °C (5 °F) se congelarán al tocar una superficie. El aire de su interior se escapará poco a poco por un proceso llamado difusión, haciendo que la pompa se arrugue por su propio peso.
A temperaturas aún más bajas, como -25 °C (−13 °F), las pompas se congelan en el aire y pueden romperse al caer al suelo. Si soplas una pompa con aire caliente de tus pulmones a estas temperaturas, primero se congelará como una esfera casi perfecta. Pero a medida que el aire caliente se enfría y pierde volumen, la pompa se encogerá un poco. Las pompas hechas a estas temperaturas siempre serán pequeñas, ya que se congelan muy rápido.
¿Cómo se unen las pompas?
Cuando dos pompas se unen, siguen las mismas reglas físicas y adoptan la forma que tenga la menor área posible. La pared que comparten se moverá e integrará con la pompa más grande, porque las pompas más pequeñas tienen una presión interna mayor. Si las pompas son del mismo tamaño, la pared que las une será plana.
Si se encuentran tres o más pompas, se organizan de tal manera que solo tres paredes se tocan en una misma línea, formando ángulos de 120°. Esta es la forma más eficiente, y es la razón por la que las celdas de un panal de abejas también tienen ángulos de 120°, formando hexágonos. En un punto, solo cuatro paredes de pompas pueden unirse, y las líneas donde se encuentran los grupos de tres paredes están separadas por 109,47°.
¿Por qué tienen tantos colores?
Los colores brillantes y cambiantes de las pompas de jabón se deben a un fenómeno llamado interferencia de las ondas de luz. Cuando la luz choca con la película de la burbuja, una parte se refleja en la superficie exterior, mientras que otra parte entra en la película y se refleja varias veces en sus dos superficies. El color que vemos es el resultado de cómo se combinan todas estas reflexiones.
Como la luz cambia al atravesar la película (un desfase que depende del grosor de la película y del tipo de luz), el resultado de la interferencia varía. Por eso, para un grosor específico, algunos colores se verán más fuertes y otros se cancelarán, haciendo que la luz blanca se refleje con diferentes tonalidades.
Puedes ver cómo cambian los colores a medida que la pompa se vuelve más delgada por la evaporación. Las paredes más gruesas cancelan los colores rojos (que tienen ondas más largas), haciendo que la pompa se vea azul o verde. Luego, las paredes más finas cancelan el amarillo (dejando el azul), después el verde (dejando el magenta) y finalmente el azul (dejando el amarillo). Cuando la pared de la pompa se vuelve mucho más delgada que la longitud de onda de la luz visible, todas las ondas de luz se cancelan y no se ve ninguna reflexión. En este punto, la pared es más fina que unos 25 nanómetros y la pompa está a punto de explotar.
Los efectos de interferencia también dependen del ángulo en que la luz choca con la película, un efecto llamado iridiscencia. Por lo tanto, incluso si la pared de la pompa tuviera un grosor uniforme, seguirías viendo variaciones de color debido a su forma curva o a su movimiento. Además, el grosor de la pared cambia constantemente porque la gravedad atrae el líquido hacia abajo, por lo que a menudo se pueden ver bandas de color que se mueven hacia la parte inferior de la pompa.
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En este diagrama, un rayo de luz choca con la superficie en el punto X. Parte de la luz se refleja, pero otra parte atraviesa la pared de la pompa y se refleja en el otro lado.
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Aquí vemos dos rayos de luz roja (rayos 1 y 2). Ambos rayos se dividen como antes y siguen dos caminos posibles, pero nos interesan los caminos con líneas continuas. El rayo que sale del punto Y está formado por dos rayos superpuestos: la parte del rayo 1 que atravesó la pared y la parte del rayo 2 que se reflejó en la pared exterior. El rayo 1 ha viajado una distancia XOY mayor que el rayo 2. Como XOY tiene la misma longitud que la onda de luz roja, los dos rayos están en fase (sus picos y valles coinciden).
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Este caso es similar al anterior, pero con una longitud de onda diferente. Esta vez, XOY no es un múltiplo de la longitud de onda, por lo que los rayos 1 y 2 llegan a Y desfasados. Los valles del rayo 1 se alinean con los picos del rayo 2, y los dos rayos se cancelan. El resultado es que, para este grosor de pompa, no se reflejará luz azul.
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Esta imagen generada por computadora muestra los colores reflejados por una película delgada de agua iluminada con luz blanca sin polarizar. El radio es proporcional al grosor de la película, y el ángulo polar es el ángulo de Iridiscencia.
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Las pompas de jabón y las matemáticas
Las pompas de jabón son un ejemplo físico del problema de la superficie mínima, un desafío matemático complejo. Por ejemplo, desde 1884 se sabe que una pompa de jabón esférica es la forma que encierra un volumen de aire con la menor área posible (un teorema de H. A. Schwarz). En el año 2000, se demostró que dos pompas de jabón unidas son la forma óptima para encerrar dos volúmenes de aire con la menor área de superficie. Esto se conoce como el teorema de la pompa doble.
Las películas de jabón siempre buscan minimizar su área de superficie para tener la menor energía. La forma ideal para una pompa sola es una esfera. Sin embargo, cuando muchas burbujas se agrupan en una espuma, sus formas son mucho más complicadas. Puedes investigar sobre la estructura de Weaire-Phelan y las leyes de Plateau para entender mejor cómo se forman estas estructuras.
¿Se pueden hacer pompas de colores?
Añadir tintes de colores a las mezclas de jabón normales no suele funcionar para hacer pompas de colores. Esto se debe a que el tinte se une a las moléculas de agua en lugar de a las moléculas de jabón. Así, la pompa se forma sin color y el tinte se va al fondo.
Sin embargo, un químico llamado Ram Sabnis desarrolló un tipo de tinte especial, llamado lactona, que sí se une a las moléculas de jabón. Esto permite crear pompas con colores muy brillantes. Un ejemplo de este tinte es la lactona violeta cristal. Estas nuevas mezclas se venden en EE. UU. bajo la marca Zubbles.
Cómo hacer tus propias pompas de jabón
La forma más sencilla es usar un líquido para pompas que se vende en tiendas de juguetes o simplemente mezclar líquido lavavajillas con agua. Pero a veces, esto último no funciona tan bien. Aquí tienes algunos consejos para mejorar tu mezcla:
Ingredientes extra
- Algo que reduzca la tensión superficial del agua, como jabón líquido o champú para bebés. Cuanto más puro sea el jabón (con menos perfume y otros aditivos), o si usas jabones de mejor calidad, mejor funcionará.
- Algo para espesar el agua. Lo más común es la glicerina (que puedes encontrar en farmacias), que también ayuda a que las pompas tengan más colores. El azúcar, el azúcar glasé o el jarabe de maíz tienen efectos similares. Puedes disolver el azúcar en agua caliente para que sea más fácil. Pero ten cuidado de no añadir demasiado, ya que la mezcla podría volverse demasiado espesa.
- Agua destilada. El agua del grifo contiene minerales que pueden unirse al jabón, por eso el agua destilada funciona mejor.
Consejos para la preparación
- Dejar la mezcla de jabón en un recipiente abierto durante toda la noche puede hacerla más espesa. Pero, de nuevo, si se vuelve demasiado espesa, será difícil hacer pompas.
- Evita que se formen burbujas o espuma en la superficie de tu mezcla. Puedes removerla suavemente, quitarlas o simplemente esperar a que desaparezcan.
- La facilidad para hacer pompas de jabón depende de muchos factores. Cada jabón es diferente, y las condiciones del ambiente también influyen. Por ejemplo, el aire con mucho polvo o el viento fuerte no son buenos. Cuanto más húmedo sea el aire, mejor; por eso es más fácil hacer pompas en días lluviosos. La mejor manera de encontrar la fórmula perfecta es probar y ajustar hasta que funcione.
Fórmulas de ejemplo
- Fórmula general:
- Otra fórmula general:
- 100 g de azúcar
- 2 o 3 cucharadas soperas de sal
- 1,4 l de agua (el agua destilada es mejor)
- 150 ml de jabón para vajilla
- 12 ml de glicerina
- Una fórmula general más:
- 1 parte de jabón para vajilla
- 2 partes de glicerina
- 3 partes de agua
- Para pompas de larga duración:
- 1/3 de una taza de mezcla comercial para pompas
- 1/3 de una taza de agua
- 1/3 de una taza de glicerina
- Para pompas de jabón que no irritan los ojos:
- 60 ml de champú para bebés
- 200 ml de agua
- 3 cucharadas soperas de sirope de maíz
Las pompas de jabón como juguetes: su historia
Existen pinturas flamencas del siglo XVII que muestran a niños soplando pompas con tubos de arcilla. Esto nos dice que las pompas de jabón han sido un juguete por al menos 400 años. En 1886, la empresa londinense A. & F. Pears usó una famosa pintura de Millais donde un niño juega con pompas para una campaña de publicidad de sus jabones. En la década de 1940, una empresa de Chicago llamada Chemtoy comenzó a vender líquido para pompas, y desde entonces han encantado a los niños. Se calcula que los fabricantes venden unos 200 millones de botes al año, ¡quizás más que cualquier otro juguete!
Herramientas para hacer pompas
La forma más sencilla es usar los sopladores de plástico que vienen con la mayoría de los líquidos para pompas. Sin embargo, como el diámetro del soplador decide el tamaño de la pompa, a veces es necesario construir uno.
Casi cualquier estructura con forma de aro puede funcionar. Puedes hacer un soplador doblando un alambre lo suficientemente grueso para que se mantenga firme. Puedes mejorarlo envolviendo el alambre con hilo o vendas para que el agua jabonosa se adhiera mejor al aro.
La compañía Klutz Press hizo popular un soplador para "pompas gigantes", inventado por David Stein. Este usaba un aro de tela unido a un palo de plástico, con un pasador que permitía abrir o cerrar el aro suavemente. Klutz vende libros sobre pompas que incluyen tutoriales e ideas divertidas, a menudo con un aro listo para usar.
También se pueden hacer pompas con un tubo especial, que suele ser de plástico y tiene forma de pipa. La mezcla jabonosa se vierte en la parte ancha de la pipa; al soplar por la boquilla, las pompas salen de la cazoleta.
Espectáculos artísticos con pompas
Los espectáculos de pompas de jabón combinan entretenimiento y arte. Requieren mucha habilidad y mezclas de jabón perfectas. Algunos artistas crean tubos o pompas gigantes, a menudo envolviendo objetos o incluso personas dentro de ellas. Otros logran hacer pompas con formas de cubos, tetraedros u otras figuras y esculturas. A menudo, manipulan las pompas con las manos. Para hacer el espectáculo más impresionante, a veces llenan las pompas con humo o helio y las combinan con luces láser o fuego. Las pompas de jabón también pueden llenarse con un gas que se quema fácilmente, como el gas natural, y luego encenderse. Por supuesto, esto hace que la pompa se rompa.
- Artista de las pompas de jabón en acción
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Para saber más
- Iridiscencia
- Joseph Plateau, un científico que estudió la geometría de las películas de jabón y formuló las leyes de Plateau.
- Zubbles, pompas de colores.
- Antiburbuja
Véase también
En inglés: Soap bubble Facts for Kids
