Il mondo in una bolla

Fate una bolla di sapone e osservatela: potreste passare tutta la vita a studiarla.” - Lord Kelvin

Incantano i bambini, affascinano gli scienziati, ispirano gli architetti, intrigano fisici e matematici che le usano come modello scientifico: le bolle di sapone sono un eccellente laboratorio scientifico perché ci permettono di osservare diversi fenomeni naturali.

Perché aggiungere sapone all'acqua per produrre bolle? Uno strato superficiale di acqua di per sé ha la capacità di restare unito grazie alle forze di coesione tra le sue molecole. Questo fenomeno è chiamato tensione superficiale. I saponi appartengono ad una classe di composti chiamati tensioattivi (agenti attivi in superficie), ovvero composti capaci di diminuire la tensione superficiale dell'acqua rendendo la “pelle” dell’acqua più flessibile. La pellicola saponosa si comporta quindi come un foglio elastico: se soffi dolcemente sulla superficie lo strato d'acqua si dilata e si formano rigonfiamenti, proprio come la plastica di un palloncino dentro cui si soffia. Quando smetti di soffiare, lo strato di acqua saponata cerca di tornare nel suo stato iniziale. Si hanno allora due possibilità: o torna a essere la superficie piatta di prima; o, se si stacca, assume la forma di una sfera (la "bolla" di sapone), perché in aria la sfera è la più piccola superficie possibile che racchiude il maggior volume.

I colori iridescenti sono invece prodotti dal fenomeno dell’interferenza che si ha quando la luce, che si comporta come un’onda, interagisce con le superficie della lamina. La luce delle lampade nella sala viene riflessa in parte dalla superficie esterna della lamina (quella rivolta verso l’osservatore) e in parte dalla superficie interna della lamina. I raggi che colpiscono l’osservatore compiono quindi due percorsi leggermente diversi in lunghezza. Questo determina una sovrapposizione di onde in uno o più punti dello spazio la cui intensità può essere maggiore o minore dell'intensità di ogni singola onda di partenza. Nel primo caso si parla di interferenza costruttiva che dà luogo a zone illuminate; nel secondo caso di interferenza distruttiva che produce zone scure. Se ora pensi alla natura fisica dei colori, ovvero onde elettromagnetiche con una ben precisa lunghezza d'onda, e al fatto che la pellicola saponosa ha uno spessore variabile, seppur di poco, da punto a punto, puoi comprendere perché si creano quei bellissimi colori cangianti. Ciò che avviene, infatti, è che in alcuni punti della pellicola ci sarà una distanza tra le superifici della lamina in cui si ha interferenza costruttiva solo per un dato colore, ma non per gli altri (e quindi vedi una zona illuminata da quel colore, ma non dagli altri); in un punto adiacente hai tale situazione per un altro colore e così via. In generale, dove lo spessore della lamina è più sottile, hai interferenza costruttiva per il blu e il violetto (lunghezze d'onda più corte) e dove la lamina è più spessa hai interferenza costruttiva per il rosso (lunghezza d'onda più lunga). Con il passare del tempo, proprio per la natura elastica della lamina, lo spessore cambia in uno stesso punto da cui i colori cangianti. Da notare infine che puoi prevedere i punti dove la bolla esploderà: saranno infatti quelli in cui compaiono i colori blu e violetto!

L'interferenza è la prova della natura ondulatoria della luce perché l'interferenza è un fenomeno che avviene solo in presenza di onde.

 

Make a soap bubble and observe it: you could spend your whole life to study it.” Lord Kelvin

The soap films and bubbles are an excellent science laboratory because they allow us to observe several natural phenomena.

The film is like an elastic sheet thanks to the surface tension, produced by cohesion forces between its molecules. For the same reason bubbles in air tend to be sphere-shaped, because a sphere is the shape with the least surface space for a certain volume.

Iridescent colours are produced by the phenomenon of interference that occurs when light, which behaves like a wave, interacts with the layer’s surface.

 

Sala
Onde