¿Cuál puede ser la forma más simple de encontrar el grosor de una burbuja de jabón?

Question

¿Es posible medir el grosor de una pompa de jabón sin usar ningún instrumento sofisticado de manera que cualquiera pueda hacerlo?

Answer 1

Uno puede intentar usar los colores de interferencia: al menos para el rango de grosor entre la mancha negra y donde se mezclan en colores más tenues uno debería ser capaz de hacer un mapa desde el color hasta el grosor cuando se le ilumina con luz blanca. En efecto, esto ha sido propuesto como un experimento estudiantil .

Interferencia de película fina es lo que da a la burbuja sus colores iridiscentes. Diferentes longitudes de onda se reflejan en la superficie de la burbuja y en la interfaz interior agua-aire e interfieren: esto hace que la intensidad de la luz reflejada varíe con la longitud de onda y el grosor de la burbuja.

Usando una intensidad relativa de $$I( \lambda , t)= (1/2)+(1/2) \cos (4 \pi n_{water}t/(2 \lambda ) - \pi )$$ (véase el enlace anterior para una derivación) se puede hacer un gráfico de cuánta intensidad de diferentes longitudes de onda se mostrará para diferentes espesores, y por lo tanto estimar el espesor de la mezcla de color resultante.

Excepto que la foto anterior no hace justicia a los colores, y es engañosa por las burbujas más gruesas! Para las burbujas de un micrómetro de espesor, las diferentes longitudes de onda se mezclan entre sí, produciendo colores mucho menos vivos que en mi argumento.

Las razones son dobles. Primero, representar los colores exactos en la pantalla de un ordenador es muy difícil (sus configuraciones difieren de las mías, y hay colores que no pueden ser representados por una pantalla en particular). Más seriamente, la imagen anterior utiliza sólo tres longitudes de onda en lugar de la totalidad del espectro de luz, y es por eso que la confusión de colores no se produce. Hice esto porque la trama superior sería de otra manera difícil de entender, y porque convertir de un espectro completo a un color RGB de computadora es otra vez un asunto delicado (el paquete ColorPy tiene algunas soluciones, y utiliza las películas de jabón como uno de los ejemplos más abajo en la página). La tabla en la wiki de las pompas de jabón es más precisa que la anterior, y podría al menos dar una pista de lo que está pasando.

Answer 2

El grosor medio podría determinarse observando cómo una máquina de burbujas consume agua jabonosa y produce burbujas. Los cálculos requieren sólo aritmética y los conceptos de las ciencias físicas de longitud, área, volumen y tiempo.

$$ \text {average thickness} [L] = \frac V { \frac { \pi d^2} 3 \frac {n s} t}$$ $$V = \text {volume of solution consumed} [L^3]$$ $$d = \text {average diameter of bubble} [L]$$ $$n = \text {count of bubbles during bubble-counting period} [\#]$$ $$s = \text {duration to consume solution} [t]$$ $$t = \text {duration of bubble-counting period} [t]$$ Las principales fuentes de error serían el grosor desigual de la película, las gotas de solución en el fondo de cada burbuja y los escupitajos hechos por la máquina de burbujas.

Answer 3

En realidad hice esto como un experimento. Así que necesitas una balanza, una regla, una toalla de papel y una varita de burbujas. Sopla una burbuja grande para atraparla en la varita de burbujas. Mídela con la regla. Ahora deja la burbuja a un lado y mide la toalla de papel enrollada en una bola. Ahora intenta lanzar la burbuja para que flote hacia abajo en la toalla de papel, sigue midiéndola (el cambio de masa). El cambio de masa será el volumen de la burbuja que es aproximadamente la densidad del agua (masa x 1ml/ 1 g). De todos modos, utilizando la fórmula geométrica para el área de la esfera uno puede acercarse al grosor de la burbuja, que resulta ser de unos 1000 nanómetros.

Answer 4

Se puede medir la temperatura y la presión del aire utilizado para soplar una burbuja, el diámetro de la burbuja y su velocidad vertical en el aire (utilizando una cámara). Luego se puede utilizar la ley de Stokes, calcular la masa de la burbuja y la masa del aire en la burbuja, su diferencia es la masa del agua jabonosa, luego se puede calcular el espesor de la burbuja. Por ejemplo, si las densidades del agua jabonosa y del aire son respectivamente 1000 kg/m^3 y 1,29 kg/m^3, el diámetro y el espesor de la burbuja son respectivamente 1 cm y 1 micra, la masa del aire en la burbuja es de unos 0,7 mg y 0,3 mg, por lo que son del mismo orden de magnitud.