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¿Por qué las burbujas de jabón son de colores?


En ocasiones vemos los colores formados por una burbuja o pompa de jabón, y lo relacionamos con los colores del arcoiris, que se producen por la difracción de la luz. Lo cierto es que los colores que vemos en pompas de jabón, manchas de combustible sobre agua, y las lentes con protección antirréflex, son el resultado de un fenómeno de interferencia de la luz a partir de la reflexión de la misma en películas muy delgadas. Pero por el bien de todos, vamos por partes.

Las burbujas o pompas de jabón, están formadas por una finísima capa de agua jabonosa. El jabón contiene moléculas que se denominan tensoactivas, tienen una parte que se disuelve en el agua (hidrófila), y otra que no lo hace, por no poseer polaridad. Entonces las burbujas son una especie de sándwich de una capa muy fina de agua encerrada en dos capas de moléculas de jabón que no la dejan escapar. La forma se debe a que el agua tiende a atraerse entre sí por fuerzas internas, y el aire que contiene genera presión hacia todos los lados por igual: la esfera es el resultado del mejor equilibrio de fuerzas.

Lo más importante de esto, es que el ancho de la superficie esférica de la burbuja es variable, y está en el orden de la milésima de milímetro, que serían 1 micrómetro, o 1000 nanómetros.

{Dato curioso: si se pudiera agrandar una burbuja proporcionalmente al tamaño de nuestro planeta, tendría sólo unos 10 metros de espesor.}

Los colores, por otro lado, no son más que ondas electromagnéticas de diferente longitud. El espectro electromagnético está formado por ondas de todo tipo de longitud, desde las ondas de radio que pueden medir cientos de metros, las microondas que miden algunos centímetros, la luz que podemos percibir ronda los 400 a 800 nanómetros, y los rayos X menos de 50 nanómetros.

Ya estuvimos analizando el funcionamiento del ojo humano en otro artículo, pero sabemos que nuestros ojos tienen tres tipos de células que reaccionan con la luz, y nos permiten ver tres colores. Se trata de "sensores" que reaccionan con las ondas que rondan los 420 nanómetros, al cual nuestro cerebro le adjudica la idea de "azul", 534 nm para el verde y 564 nm para el rojo.

Cuando la luz atraviesa una burbuja, una pequeña parte de ella se refleja hacia afuera cuando pasa del medio "aire" al medio "agua jabonosa". La mayor parte de la luz pasa por el medio "agua jabonosa" y cuando se vuelve a encontrar con el medio "aire", refleja nuevamente otra pequeña cantidad, y la mayor parte sigue. Esto sucede con casi todos los medios, muchas veces podemos ver una imagen doble cuando una imagen se refleja en un vidrio común.


Pero una burbuja es millones de veces más delgada que un vidrio, y su delgadez es casi perfectamente regular y muy similar a las longitudes de onda que refleja. Entonces se produce el efecto de que el primer reflejo de una onda, se "mezcla" con el segundo reflejo, y como están ligeramente desplazadas una de la otra, se produce el fenómeno de interferencia.

Recapitulando: una onda se refleja en dos superficies muy cercanas una de la otra, y el ancho de la capa hace que el reflejo de la segunda onda esté ligeramente desplazado. La luz blanca contiene ondas de todas las longitudes, por eso, se puede dar que el ancho de la capa sea tal que los picos de la primera onda reflejada, coincidan con los valles de la segunda, anulándose una a la otra. O bien potenciando un color en particular si coinciden los picos con los picos, y los valles con los valles.

Cuando la burbuja está recién hecha, puede que sea transparente, porque es demasiado ancha y probablemente irregular, pero a medida que se va evaporando, el espesor disminuye, haciendo que cambie de color.

Al ser las paredes más gruesas, la interferencia anula las longitudes de onda mayores como las rojas, reflejando un color verdeazulado; luego se cancela el amarillo, dejando azul; el verde dejando magenta; y el azul dejando amarillo. Finalmente, cuando el espesor de la pared supera el umbral de aproximadamente 25 nanómetros, toda la luz visible se anula, y la burbuja se hace invisible. De todas formas esto suele durar unos pocos segundos hasta que se desestabilice y se reviente.



Otro factor que influye en el color es el ángulo de donde la estemos mirando, o de donde venga la luz, ya que también entra en juego la refracción de la luz dentro de la superficie de la burbuja. Y pueden apreciarse flujos o remolinos de colores porque el agua está en movimiento, generalmente yendo hacia abajo, o viendose afectada por el viento y modificando ligeramente el espesor.

Volviendo a analizar la física de la burbuja, cuando es demasiado delgada, las fuerzas atractivas del agua pueden ser mayores en una zona que en otra, formando "grumos", y rompiendo el delicado equilibrio de fuerzas. Ahí es donde la burbuja se revienta en miles de microgotas (que dicho sea de paso, no tienen forma de gota).

El mismo efecto se produce cuando hay una capa de algún líquido jabonoso sobre un vidrio, o algún aceite sobre un charco de agua. También se aprovecha este efecto al aplicar una capa muy fina de alguna sustancia transparente en las lentes para evitar reflejos molestos y mejorar la visibilidad: el famoso antirréflex.


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5 comentarios:

  1. Muy bueno, esta facil explicado para quienes no lo entiendan... te estas poniendo didactico... bien ahi!!!

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  2. Excelente artículo.

    Ahora me hago esta pregunta (de final) ¿Cuál es el diámetro crítico para el cual la burbuja sigue siendo estable?

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  3. Fabián:

    Recuerda que no es el diámetro de la burbuja lo que importa, sino el ancho de la película que la forma. Supongo que estará muy cerca del límite donde comienza a hacerse invisible.

    Si te refieres al diámetro, en cuanto a tamaño de la burbuja, debe ser muy difícil de determinar una medida exacta, porque depende muchísimo de las condiciones ambientales. Si hay viento, no creo que pueda superar los 10 o 30 cm, en un lugar cerrado, con mucha humedad (para que no se seque tan rápido), y con un mecanismo para inflarla lentamente si que haya mucha turbulencia, supongo que podría alcanzar varios metros. Más aun si la mezcla tiene algún químico estabilizante además de agua y jabón. Hay muchas fotos en Internet de estas cosas.

    En fin, personalmente no creo que haya un límite físico determinable si las condiciones son las más propicias..

    Pata:

    Muchas gracias :)

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  4. Muy claro el artìculo, felicitaciones.
    Respecto del diàmetro de la burbuja, como bien dice Ezequiel, depende fuertemente de las condiciones ambientales. Basicamente, para aproximar el diàmetro de la burbuja hay que hacer que la tensiòn superficial compense la tensiòn debida a la diferencia de presiones a un lado y al otro de la pelìcula. Aùn asumiendo que la tensiòn superficial no depende de las condiciones ambientales, la presiòn del aire sì lo hace, lo que cambia las tensiones de las que hablaba.
    En el libro de fìsica general de Sears se explica como calcular el diàmetro para el caso de una ùnica pelìcula y para un problema con simetrìa esfèrica, que es el que màs se deja.

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  5. holaa!! emm estoy buscando fondos de pantallas pero de borbujas necesito q me digan donde puedo encontrar pero con movimiento gracias por su opinion muchas bendiciones chauu besos dios estara en cada momento con todos ustedes chauu

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