La fascinación de la ciencia por las pompas de jabón

Las pompas y las películas (membranas) de jabón no son solo un objeto de fascinación para los niños. Han sido, y siguen siendo, un objeto de estudio de la ciencia. Incluso más. Hay indicios de que ya estaban relacionadas con los rituales de adivinación de Babilonia y han sido fuente de inspiración de la pintura. Por ejemplo, la impresionista. Además el estudio de las burbujas, en general, tiene un interés práctico por sus múltiples aplicaciones. Van desde la energía hasta los instrumentos de limpieza y la administración de medicamentos. La física que hay detrás de una pompa es compleja, por ello aquí solo se muestran unas pinceladas relacionadas con su formación y su fascinación.

Empezaremos por la tensión superficial. En un vaso con agua cada molécula, excepto en su superficie, está rodeada en todas las direcciones por moléculas de agua. Una imagen muy sencilla sería una molécula en el centro de una esfera formada por moléculas de agua distribuidas por su superficie. Pero, las moléculas que están en la superficie solo están rodeadas por las moléculas de una mitad de la esfera. Las de la otra mitad no existen. La superficie es una interfaz agua-aire. Esta disposición molecular genera una fuerza superficial que se llama tensión superficial. Es la que hace que estas interfaces agua-aire se contraigan espontáneamente. La tensión superficial del agua pura es una fuerza demasiado grande para permitir que se formen burbujas. Por ejemplo, al hervir agua pura las burbujas que se crean en el interior rompen antes de salir al exterior. Para que se formen burbujas es necesario disminuir la tensión superficial. Esto es lo que hace la molécula de jabón que, como vimos en otra píldora, tiene una cabeza que es atraída por el agua y una cola que la repele. A las sustancias que tienen esta propiedad se les llama tensoactivas y el fenómeno físico que hace disminuir la tensión superficial se llama efecto Marangoni.

A partir de aquí tenemos muchos otros efectos. Por ejemplo, ¿Por qué las pompas son esféricas? Porque la naturaleza busca siempre gastar, en cualquiera de sus actuaciones, la mínima energía. En el caso de las pompas se puede demostrar que para encerrar un volumen dado, de líquido o gas, la esfera es la forma geométrica que tiene la menor superficie, es decir, la mínima energía. Veamos ahora los colores. Cuando una pompa de jabón está flotando hay partes transparentes y otras parecen coloreadas. ¿Por qué ocurre esto? El borde de la pompa está formado por una película de agua. Esta película de agua tiene dos superficies, una exterior y otra interior. Su espesor, por diferentes razones, no es el mismo en toda la pompa. En cuanto a la luz que llega a la pompa (rayo de luz), una parte se refleja en su superficie externa y, otra parte, penetra en el interior de la película y se refleja en su superficie interior.

Como consecuencia vuelve a salir al exterior mezclándose con la que se reflejó en la primera superficie. Si el espesor de la capa de agua es pequeñísimo los dos rayos reflejados interfieren destructivamente y se anulan. Así, las partes de la superficie de la pompa muy delgadas no dan sensación de color (muestran transparencia). Pero en las partes de la superficie en la que el espesor es mayor se produce un fenómeno de interferencia constructivo y destructivo que da lugar a una variación de colores.

Veamos un ejemplo con tres colores: azul, verde y rojo. Para cada espesor lo que se anula es un color, y por tanto nos llega una luz reflejada que es una mezcla de los otros dos. Si se anula el azul vemos una mezcla de verde y rojo que da lugar al amarillo. Si se anula el verde vemos la mezcla del azul y rojo que da el magenta. Y así sucesivamente. Esto con una gamma mas extensa de colores y teniendo en cuenta la superficie del otro lado, genera la fantasía y fascinación que producen las pompas en niños y mayores.