La science dans une bulle

Le professeur Howard Stone a expliqué la science impliquée dans la formation de bulles lors de la conférence annuelle des vacances SEAS le 18 décembre. (Photo d'Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Déposez un trombone dans un verre d'eau et il coulera rapidement au fond. Mais placez doucement ce même trombone sur la surface de l'eau et il flottera.

Pourquoi le trombone se comporte-t-il différemment ? Les résultats contrastés sont causés par la tension superficielle, a expliqué le professeur Howard Stone lors de la 15e conférence annuelle des Fêtes à la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences le 18 décembre.

La tension superficielle se produit aux interfaces de l'eau et de l'air parce que les molécules d'eau ont une plus grande attraction les unes pour les autres que les molécules d'air, provoquant l'exercice d'une force vers l'intérieur sur la surface du liquide, qui se comporte comme s'il était recouvert d'une fine membrane.

L'expérience de trombone était l'une des nombreuses démonstrations interactives utilisées par Stone, un ancien membre de la faculté de Harvard et maintenant professeur Dixon en génie mécanique et aérospatial à l'Université de Princeton, pour montrer le pouvoir de la science à des centaines d'enfants locaux et à leurs parents.

Stone, avec l'assistant de recherche Daniel Rosenberg, a soufflé des bulles, fait éclater un ballon d'eau, comparé la taille des gouttelettes d'eau et d'éthanol, fait flotter un morceau de ficelle à la surface de l'eau et montré des vidéos au ralenti de marcheurs d'eau en action - tout cela pour expliquer les effets de la tension superficielle.

Stone (à gauche) et Rosenberg font éclater un ballon d'eau pour montrer comment la tension superficielle et la gravité affectent la forme de l'eau lorsqu'elle tombe. (Photo par Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Cette tension superficielle est perturbée, provoquant la chute des trombones dans l'expérience de Stone au fond du réservoir d'eau, si seulement quelques gouttes de savon sont ajoutées à l'eau.

Le film de savon qui se forme à la surface de l'eau est un autre exemple de la façon dont les forces créent des propriétés uniques aux interfaces, a expliqué Stone. Les molécules de savon sont composées de composants hydrophiles et hydrophobes ; les composants hydrophobes se frayent un chemin à travers les molécules d'eau pour s'échapper, formant un film avec deux rangées de molécules de savon séparées par une fine couche de fluide.

"Nous considérons le film de savon comme un bras de fer", a-t-il déclaré. "Tout le film est sous pression et tire sur lui-même."

Les enfants du public ont été invités à illustrer ce processus chimique. Devant l'amphithéâtre, des enfants portant des t-shirts étiquetés soit hydrophobes, soit hydrophiles, jouant le rôle de molécules de savon, alignés de part et d'autre d'enfants portant des chemises bleues, qui signifiaient molécules d'eau. Serrant les mains, le film de savon humain serpentait sur le devant de la salle de conférence, suscitant les acclamations des parents assis à leur place.

Stone dirige les enfants pendant qu'ils jouent la formation d'un film de savon. (Photo par Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

Être capable de jouer une réaction chimique était la partie la plus amusante de la conférence pour Rachel Liu, 9 ans. Elle était particulièrement intéressée à en savoir plus sur les composants hydrophiles et hydrophobes des molécules de savon.

"La science nous en dit beaucoup sur le monde qui nous entoure", a-t-elle déclaré.

Après avoir entendu la présentation de Stone, Walter Hopwood, 8 ans, a déclaré qu'il ne prendrait plus les bulles de savon pour acquises. Il a été impressionné par la façon dont Stone et Rosenberg ont utilisé des "expériences sympas" pour expliquer chaque processus.

Donner aux enfants une compréhension de base des principes scientifiques et les encourager à rester curieux est l'objectif des conférences, a déclaré Stone. Il s'est inspiré du livre "Soap Bubbles", publié en 1890 et toujours imprimé aujourd'hui. Il est basé sur une collection de conférences publiques sur les propriétés des films de savon que le physicien britannique Charles Vernon Boys a présentées à des familles à Londres à la fin des années 1800.

"J'espère que ces enfants se rendent compte qu'il y a toujours plus de choses à apprendre", a déclaré Stone. "Continuez à poser des questions, à réfléchir profondément et à faire vos propres observations. Il y a tellement de choses fascinantes dans le monde."

Grace Liu, neuf ans, regarde attentivement Stone jouer une vidéo d'un marcheur d'eau se déplaçant à la surface de l'eau. (Photo par Eliza Grinnell/SEAS Communications.)

La conférence de vacances, présentée conjointement par SEAS et la Princeton University School of Engineering and Applied Sciences, a été parrainée par le Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) de Harvard, le Princeton Center for Complex Materials, le Princeton University MRSEC et le Princeton Institute for the Science and Technology of Materials.

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