La scienza in una bolla

Il professor Howard Stone ha spiegato la scienza coinvolta nella formazione delle bolle durante l'annuale SEAS Holiday Lecture il 18 dicembre. (Foto di Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Metti una graffetta in un bicchiere d'acqua e affonderà rapidamente sul fondo. Ma posiziona delicatamente la stessa graffetta sulla superficie dell'acqua e galleggerà.

Perché la graffetta si comporta diversamente? I risultati contrastanti sono causati dalla tensione superficiale, ha spiegato il professor Howard Stone durante la quindicesima conferenza annuale presso la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences il 18 dicembre.

La tensione superficiale si verifica alle interfacce tra acqua e aria perché le molecole d'acqua hanno una maggiore attrazione reciproca rispetto alle molecole d'aria, provocando l'esercizio di una forza verso l'interno attraverso la superficie del liquido, che si comporta come se fosse coperto da una sottile membrana.

L'esperimento della graffetta è stato una delle numerose dimostrazioni interattive utilizzate da Stone, ex membro della facoltà di Harvard e ora professore Dixon di ingegneria meccanica e aerospaziale all'Università di Princeton, per mostrare il potere della scienza a centinaia di bambini locali e ai loro genitori.

Stone, insieme all'assistente ricercatore Daniel Rosenberg, ha fatto bolle, ha fatto scoppiare un palloncino pieno d'acqua, ha confrontato le dimensioni delle goccioline d'acqua e di etanolo, ha fatto galleggiare un pezzo di spago sulla superficie dell'acqua e ha mostrato video al rallentatore di strider acquatici in azione: tutto per spiegare gli effetti della tensione superficiale.

Stone (a sinistra) e Rosenberg fanno scoppiare un palloncino pieno d'acqua per mostrare come la tensione superficiale e la gravità influiscono sulla forma dell'acqua mentre cade. (Foto di Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Quella tensione superficiale viene interrotta, facendo cadere le graffette nell'esperimento di Stone sul fondo del serbatoio dell'acqua, se all'acqua vengono aggiunte solo poche gocce di sapone.

La pellicola di sapone che si forma sulla superficie dell'acqua è un altro esempio di come le forze creano proprietà uniche alle interfacce, ha spiegato Stone. Le molecole di sapone sono composte da componenti idrofili e idrofobi; i componenti idrofobici si fanno strada attraverso le molecole d'acqua per fuoriuscire, formando una pellicola con due file di molecole di sapone separate da un sottile strato di fluido.

"Consideriamo la soap-film come un tiro alla fune", ha detto. "L'intero film è sotto pressione e si tira su se stesso."

I bambini tra il pubblico sono stati chiamati a illustrare questo processo chimico. Nella parte anteriore dell'aula, bambini che indossavano magliette etichettate come idrofobiche o idrofile, che interpretavano le parti delle molecole di sapone, allineati su entrambi i lati dei bambini che indossavano magliette blu, che indicavano le molecole d'acqua. Afferrandosi per mano, la pellicola di sapone umano serpeggiava lungo la parte anteriore dell'aula, suscitando gli applausi dei genitori seduti ai loro posti.

Stone dirige i bambini mentre recitano la formazione di una pellicola di sapone. (Foto di Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Essere in grado di mettere in atto una reazione chimica è stata la parte più divertente della lezione per Rachel Liu, 9 anni. Era particolarmente interessata a conoscere i componenti idrofili e idrofobi delle molecole di sapone.

"La scienza ci dice molto sul mondo che ci circonda", ha detto.

Dopo aver ascoltato la presentazione di Stone, Walter Hopwood, 8 anni, ha detto che non darà più per scontate le bolle di sapone. È rimasto colpito dal modo in cui Stone e Rosenberg hanno utilizzato "interessanti esperimenti" per spiegare ogni processo.

Dare ai bambini una conoscenza di base dei principi scientifici e incoraggiarli a rimanere curiosi è l'obiettivo delle lezioni, ha affermato Stone. Trasse ispirazione dal libro "Bolle di sapone", pubblicato nel 1890 e ancora oggi in stampa. Si basa su una raccolta di conferenze pubbliche sulle proprietà delle pellicole di sapone che il fisico britannico Charles Vernon Boys presentò alle famiglie londinesi alla fine del 1800.

"Spero che questi ragazzi si rendano conto che ci sono sempre più cose da imparare", ha detto Stone. "Continua a fare domande, a pensare profondamente e a fare le tue osservazioni. Ci sono così tante cose affascinanti nel mondo."