A ciência fascinante das bolhas, do sabão ao champanhe

Nesta curiosa palestra e demonstração ao vivo, Li Wei Tan revela os segredos das bolhas — desde a sua procura incansável da perfeição geométrica, às suas aplicações na medicina e na navegação, em que os "designers" criam navios mais eficazes, imitando as bolhas criadas pelos pinguins, quando nadam. Saibam mais sobre estas maravilhas matemáticas e descubram a magia oculta no mundo quotidiano.

Há uns anos, eu estava de visita a Paris

a passear ao longo do rio Sena,
numa bela tarde de verão.

Vi bolhas gigantescas
a flutuar na margem do rio,

como esta.

Logo a seguir, ela rebentou e desapareceu.

A fazê-las estavam dois artistas de rua
rodeados por uma multidão.

Ganhavam a vida a pedir donativos

e a vender pares de pauzinhos
ligados por um cordel.

Enquanto eu estava ali, um homem
comprou um par de pauzinhos por 10 euros,

o que me surpreendeu.

Sou uma cientista apaixonada por bolhas.

Sei qual é o truque para fazer
as bolhas gigantescas.

É a água com sabão, nas quantidades certas

— não são os pauzinhos

que podem ser necessários

mas que podem ser feitos
facilmente em casa.

Se nos concentrarmos nos pauzinhos,
não vemos que o importante é a bolha.

As bolhas podem parecer uma coisa
que só as crianças fazem para brincar

mas, por vezes, podem ser espantosas.

Porém, há uma ciência
mais fascinante nas bolhas,

como instrumentos para resolver problemas.

Vou contar-vos algumas histórias

sobre a ciência de criar bolhas

e a ciência de eliminar
as bolhas microscópicas.

Como é o que já está no ecrã,
vamos começar pela bolha de sabão.

É feita de substâncias muito vulgares:

ar, água, sabão, numa mistura correta.

Vemos que as bolhas de sabão
estão sempre a mudar de cor.

Isso deve-se à interação com a luz
em várias direções

e as mudanças da sua espessura.

Uma das substâncias vulgares,
as moléculas da água,

são formadas por dois átomos de hidrogénio
e um átomo de oxigénio — H2O.

Na maior parte das superfícies,

as gotas de água têm tendência
para se curvarem para dentro,

assumindo uma forma semiesférica.

Isso acontece porque a superfície
das gotas de água

é como uma folha elástica.

As moléculas da água à superfície
estão sempre a ser puxadas para dentro

pela molécula no centro.

A qualidade da elasticidade é aquilo
a que chamamos "tensão superficial".

Se acrescentarmos sabão,

o que acontece é que as moléculas de sabão
reduzem a tensão superficial da água,

tornando-a mais elástica
e mais fácil de formar bolhas.

Podem pensar numa bolha

como uma solucionadora
de problemas de matemática.

Vemo-la, incansável, a tentar
conseguir uma perfeição geométrica.

Por exemplo, uma esfera é a forma
que tem a menor área de superfície

para um determinado volume.

É por isso que uma simples bolha
tem sempre a forma de uma esfera.

Vou mostrar. Reparem.

Isto é uma simples bolha.

Quando duas bolhas tocam uma na outra...

podem poupar material
se partilharem uma parede comum.

Quando se juntam cada vez mais bolhas,

a geometria delas vai mudando.

Estas quatro bolhas juntaram-se.

Encontram-se num mesmo ponto no centro.

Quando se juntam seis bolhas,

aparece um cubo mágico no centro.

(Aplausos)

É a tensão superficial a funcionar,

a tentar encontrar a organização
geométrica mais eficaz.

Vou dar outro exemplo.

É um objeto muito simples.

É feito de duas camadas de plástico

com quatro pinos que as ligam uma à outra.

Imaginem que estes quatro pinos
representam quatro cidades

que estão todas à mesma distância

e nós queríamos fazer estradas
para ligar estas quatro cidades.

A minha pergunta é:

Qual é o comprimento mais curto
para ligar estas quatro cidades?

Vamos procurar a resposta
mergulhando-o em água com sabão.

Não se esqueçam, a bolha de sabão

vai sempre tentar minimizar
a sua área superficial

com uma forma geométrica perfeita.

A solução nem sempre será
aquilo que esperamos.

O comprimento mais curto
para ligar estas quatro cidades

é 2,73 vezes a distância
entre estas duas cidades.

(Aplausos)

Penso que já apanharam a ideia.

A bolha de sabão forma-se sempre
tentando minimizar a sua área superficial

com uma forma geométrica perfeita.

Vamos olhar agora para bolhas
sob outra perspetiva.

A minha filha, Zoe, adora ir
ao jardim zoológico.

O sítio que prefere é Penguin Cove
no Zoo Marwell, no sul de Inglaterra,

onde ela pode ver os pinguins
a nadar velozmente debaixo de água.

Um dia, reparou que o corpo dos pinguins

deixa um rasto de bolhas quando nada

e perguntou: "Porquê?"

Os animais e aves como os pinguins

que passam muito tempo debaixo de água

desenvolveram uma forma engenhosa
de utilizar a capacidade das bolhas

para reduzir a densidade da água.

Pensa-se que os pinguins-imperadores
conseguem mergulhar centenas de metros

abaixo da superfície do mar.

Pensa-se que armazenam o ar
debaixo das penas

antes de mergulharem

e depois, libertam-no pouco a pouco
numa nuvem de bolhas.

Isso reduz a densidade
da água que os rodeia,

tornando mais fácil eles avançarem

e aumentando a sua velocidade
em, pelo menos, 40%.

Esta característica foi observada
pelos fabricantes de navios.

Estou a falar dos grandes navios,

aqueles que são utilizados

para transportar milhares de contentores,
através do oceano.

Recentemente, desenvolveram um sistema
chamado "sistema de lubrificação por ar",

inspirado nos pinguins.

Neste sistema, eles produzem
uma grande quantidade de bolhas de ar

e redistribuem-nas por todo o navio,

como uma carpete de ar
que reduz a resistência da água

quando o navio está em movimento.

Esta característica reduz o consumo
de energia do navio

até 15%.

As bolhas também podem ser
usadas em medicamentos.

Também desempenham um papel
nos medicamentos.

Por exemplo, como um método
para sistemas não invasivos

de administração
de medicamentos e de genes

numa parte específica do corpo.

Imaginem uma microbolha

cheia com uma mistura de drogas
e de agentes magnéticos

que é injetada na corrente sanguínea.

As bolhas avançarão
para as áreas do destino.

Mas, como é que elas sabem
para onde devem ir?

Porque colocamos lá um íman.

Por exemplo, esta parte da minha mão.

Quando as microbolhas
avançam para esta parte da minha mão,

podemos rebentá-la através de ultrassons

e libertar a droga exatamente
onde ela é necessária.

Tenho referido a ciência de criar bolhas

mas, por vezes, também
precisamos de as eliminar.

Isso faz parte do meu trabalho.

O título do meu trabalho é:
"cientista de formulação de tinta".

Mas não trabalho na tinta
que usamos para as canetas.

Trabalho em aplicações muito interessantes

como energia fotovoltaica orgânica,

e díodos orgânicos emissores de luz, OLED,

Uma parte do meu trabalho é descobrir
como e porquê queremos eliminar as bolhas

da tinta que a minha empresa produz.

Durante o processo de mistura da fórmula,

ou seja, do processo de preparação,

misturamos ingredientes ativos,
solventes e aditivos

para conseguir as fórmulas
com as propriedades que queremos

quando a tinta é usada.

Mas, tal como quando fazemos bebidas

ou fazemos bolos,

é inevitável que algumas bolhas de ar
fiquem presas dentro dessa tinta.

Estamos aqui a falar
de um espaço diferente

das bolhas que eu vi em Paris.

O tamanho das bolhas que ficam presas
dentro dessas tintas

pode ser de alguns milímetros

de alguns micrómetros,

ou mesmo de alguns nanómetros.

A nossa preocupação

é o oxigénio e a humidade
que ficam presos lá dentro.

A esta escala, não é fácil eliminá-las,

mas é importante,

por exemplo, para as tintas com díodos
orgânicos que emitem luz,

que usamos, por exemplo, nos ecrãs
dos telemóveis inteligentes.

Devem durar muitos anos

mas, se a tinta que usarmos,
for absorvida pelo oxigénio e humidade,

que não forem eliminados,

vemos aparecer, rapidamente,
manchas negras no meio dos píxeis.

Um problema que enfrentamos
para eliminar as microbolhas

é que elas não são muito cooperantes.

Gostam de estar lá,

a tomar banho na tinta,
sem se mexerem muito.

Como é que as expulsamos?

Uma tecnologia que usamos

é forçar a tinta a passar
por um tubo delgado, longo e minúsculo

com uma parede porosa.

Colocamos os tubos dentro
de uma câmara de vácuo,

para as bolhas serem espremidas
para fora da tinta

e serem eliminadas.

Depois de conseguirmos
eliminar as bolhas da tinta que fabricamos

chega a altura de festejar.

Vamos abrir uma garrafa de espumante.

Oh, isto vai ser divertido!

(Risos)

Uau!

(Aplausos)

Vemos imensas bolhas
a sair da garrafa de champanhe.

São as bolhas cheias
de dióxido de carbono,

um gás que é produzido durante
o processo de fermentação do vinho.

Vou deitar um pouco.

Não posso perder a ocasião.

Penso que chega.

Vejo aqui muitas microbolhas,

a passar do fundo do copo
para a parte de cima do champanhe.

Antes de elas rebentarem,

vou deitar pequenas gotas
de moléculas aromáticas

e intensificar o perfume do espumante,

o que nos faz apreciar ainda mais
o perfume do espumante.

Como sou uma cientista que tem
uma paixão por bolhas,

adoro vê-las,

adoro brincar com elas,

e adoro estudá-las.

E também adoro bebê-las.

Obrigada.

(Aplausos)