A buborékok elragadó tudománya – a szappantól a pezsgőig

E hóbortos előadásban és élő bemutatóban Li Wei Tan feltárja a buborékok titkait – kezdve tökéletes mértani forma fölvételére irányuló kitartó törekvésükkel, és egészen a gyógyításban és a hajóépítésben való alkalmazásukig. Utóbbiban úszó pingvinek keltette buborékok utánzásával hatékonyabb járműveket állítanak elő a tervezők. Tudjunk meg többet e matematikai csodákról, és használjuk ki a mindennapi világ e rejtett csodáját!

Pár évvel ezelőtti párizsi utamon

a Szajna partján sétáltam
egy csodás nyári délután.

Hatalmas lebegő buborékokat
pillantottam meg a folyópart fölött,

ilyeneket.

A következő pillanatban
elpukkantak és eltűntek.

Két utcai mutatványos fújta,
akiket tömeg vett körül.

Szemlátomást adományokból éltek,

meg madzaggal összekötött
pálcák eladásából.

Ottjártamkor egy férfi
10 euróért vett egy pár pálcát.

Ez meglepett.

Tudósként a buborékok a szenvedélyem.

Tudom, hogy az óriás buborék
készítésének trükkje

csupán a jó szappanos vízben,

és nem a pálcákban rejlik,

melyeket hozzá használnak,

és otthon is könnyűszerrel készíthetők.

A pálcákat figyelve nem vesszük észre,
hogy a tényleges eszköz maga a buborék.

A buborékok gyerekjátéknak tűnnek,

de néha igencsak meglepőek.

De a buborékok több tudást is rejtenek,

pl. problémamegoldó eszközöket.

Elmondok egypár történetet

a buborékgyártás tudományáról

és a mikroszkopikus buborékok
eltüntetéséről is.

Mivel ott a kivetítőn,
kezdjük a szappanbuborékkal.

Igen egyszerű összetevőkből áll:

kellő arányú levegőből,
vízből és szappanból.

Láthatják, ahogy állandóan
változtatják a színüket a buborékok.

Ennek oka a különböző irányú
fénnyel való kölcsönhatás

és a vastagság változása.

Az egyik összetevő, a vízmolekula,

két hidrogénatomból
és egy oxigénatomból áll, ez a H₂O.

A legtöbb felületen
a vízcseppecskék befelé görbülve

félgömbalakot öltenek.

Ennek oka, hogy a vízcseppecskék
felülete rugalmas laphoz hasonló.

A felületi vízmolekulát a középen lévő

állandóan befelé húzza.

A rugalmasság mértékét
felületi feszültségnek nevezzük.

Szappan hozzáadásakor

a szappanmolekulák csökkentik
a víz felületi feszültségét,

rugalmasabbá teszik,
és megkönnyítik buborékok keletkezését.

Matekprobléma-megoldónak
foghatjuk föl a buborékot.

Kitartóan törekszik tökéletes
mértani formát fölvenni.

Pl. az adott térfogathoz tartozó

legkisebb felületű idom a gömb.

A buborék ezért mindig gömb alakú.

Megmutatom. Ellenőrizzék!

Ez egy buborék.

Amikor két buborék érintkezik,

közös fallal anyagot takaríthatnak meg.

Ahogy a buborékok szaporodnak,

a geometriájuk változik.

E négy buborék egyesül.

Középen egy pontban érintkeznek.

Mikor hat buborék egyesül,

bűvös kocka keletkezik középen.

(Taps)

A felületi feszültség működik,

és a leghatékonyabb alakot
igyekszik fölvenni.

Másik példát is mondok.

Ez nagyon egyszerű kellék,

két műanyag rétegből áll,

melyet négy gombostű fog össze.

A tűk egyforma távolságra
lévő négy várost jelképeznek.

Szeretnénk a négy várost
összekötő utat építeni.

Kérdésem: mi az összekötő út
legkisebb hossza?

Leljük meg a választ
szappanos vízbe merítés útján.

Ne feledjük, hogy a szappanbuborék mindig

minimalizálni fogja a felületet

a tökéletes geometria képzésével.

A megoldás nem várt eredménnyel jár.

A négy várost összekötő
legkisebb távolság

e két város összekötő
távolság 2,73-szorosa.

(Taps)

Most már értik az elvet.

A szappanbuborék tökéletes
geometria kialakításával mindig

igyekszik minimalizálni a felszínét.

Nézzük a buborékot más szempontból.

Zoe lányom szeret állatkertbe járni.

Kedvenc helye a dél-angliai
Marwell állatkert pingvinöble,

ahol víz alatt úszkáló pingvineket láthat.

Egyszer észrevette, hogy a pingvinek teste

buboréknyomokat hagy
úszás közben maga után.

Megkérdezte, hogy miért.

A pingvinekhez hasonló állatok és madarak,

melyek sokat tartózkodnak víz alatt,

a buborékhasznosítás
zseniális módját fejlesztették ki,

hogy csökkentsék a víz sűrűségét.

A császárpingvinek állítólag
több száz méterrel

a vízfelszín alá képesek merülni.

Merülés előtt állítólag

levegőt töltenek tolluk alá,

majd buborékfelhő formájában
fokozatosan kiengedik.

Ez csökkenti az őket
körülvevő víz sűrűségét,

ami megkönnyíti az úszást,

és 40%-kal fokozza úszási sebességüket.

Erre a tulajdonságra
fölfigyeltek a hajóépítők.

A nagy hajókról beszélek,

amelyekkel ezernyi konténert
szállítanak az óceánon át.

Az utóbbi időkben kifejlesztették
a "levegős kenési rendszert",

amelyet a pingvinek ihlettek.

E rendszerben rengeteg
légbuborékot fejlesztenek,

és szétoszlatják a hajótest mentén.

Ez légpárnaként csökkenti
a víz ellenállását

a hajó haladása közben.

Ez a tulajdonság maximum 15%-kal csökkenti

a hajók energiafölhasználását.

A buborékok az orvoslásban
is használhatók.

Szerepet játszhatnak a gyógyításban,

pl. nem invazív módszerként
gyógyszerek és gének bejuttatására

az egyes testrészekbe.

Képzeljük el,

hogy véráramunkba
mikrobuborékot fecskendeznek,

amely gyógyszer- és mágneses
anyagot tartalmaz.

A buborékok a célterületre jutnak.

De honnan tudják, hová menjenek?

Onnan, hogy mágnest tettünk oda.

Pl. ide a kezembe.

Amikor a mikrobuborékok
kezem e részébe jutnak,

ultrahanggal kipukkasztjuk,

és ott eresztjük ki a gyógyszert,
ahol szükség van rá.

A buborékgyártás tudományáról beszéltem.

De néha el kell távolítani őket.

Ez is a munkámhoz tartozik.

Munkaköröm pontos megnevezése:
"tinta- és festékkészítmény kutató".

De nem az írótollukba
való tintákon dolgozom.

Egypár klassz alkalmazáson dolgozom,

pl. szerves fotovillamos napelemeken,
az OPV-ken,

szerves fénykibocsátó diódákon,
az OLED-eken.

Munkám része, hogy rájöjjek,
miért s hogyan kell a buborékokat

a cégem gyártotta festékből eltávolítani.

A készítési-keverési folyamatban

vagy az előkészítési folyamatban

hatóanyagokat, oldószereket,
adalékanyagokat keverünk össze,

hogy a kellő készítményekhez jussunk

a festék használhatósága érdekében.

Mint amikor italt szeretnénk készíteni

vagy tortát sütni,

némi légbuborék óhatatlanul
be fog kerülni a festékbe.

Itt másféle térről beszélünk,

mint amilyen buborékokat Párizsban láttam.

A festékekben rekedt buborékok mérete

pár millimétertől kezdve

néhány mikronon át

pár nanométerig terjed.

A festékben rekedt oxigén

vagy nedvesség okoz főfájást.

E méretskálán nehéz őket eltávolítani.

De ez lényeges

pl. szerves fénykibocsátó
diódák festékeinél,

amelyeket pl. okostelefon-kijelzők
gyártásához használhatunk.

A kijelzőknek több évig működniük kellene,

de ha a festék oxigénnel
vagy nedvességgel szívja meg magát,

amely benne marad az anyagban,

akkor a pixeleken hamarosan
sötét pöttyök jelennek meg.

A mikrobuborékok eltávolításakor
az egyik nehézség,

hogy elég csökönyösek.

Jól érzik ott magukat,

a festékben lubickolva
épp csak mocorognak.

Hogy penderítsük ki őket onnan?

Az egyik alkalmazott technológia,

hogy porózus falú, vékony, hosszú
és apró csövecskéken erőltessük át

a festéket,

és a csövecskéket
vákuumkamrába helyezzük el,

így a buborékok kiszoríthatók a festékből,

és ezért eltávolíthatók.

Ha a buborékokat sikerül eltávolítanunk
a gyártott festékekből,

akkor eljött az ünneplés ideje.

Nyissunk egy buborékos pezsgőt!

Hűha, ez vicces lesz.

(Nevetés)

Hű!

(Taps)

Rengeteg buborékot látnak
előtörni a pezsgősüvegből.

Ezek szén-dioxidot tartalmazó buborékok,

a bor erjedése közben
keletkezett gázból származók.

Egy keveset öntök belőle.

Ki nem hagynám a világért sem.

Az hiszem, ennyi elég.

(Nevetés)

Rengeteg mikrobuborékot látok,

amelyek a pohár aljáról
a felszín felé gyöngyöznek.

Mielőtt elpukkannak,

aromamolekula-cseppecskéket
lövellnek szét,

és fokozzák a pezsgő ízét,

ezáltal jobban élvezzük a pezsgőt.

Mint a buborékok iránt
szenvedélyt tápláló tudós

imádom nézni őket.

Szeretek játszani velük,

szívesen tanulmányozom őket.

Meginni is szeretem őket.

Köszönöm.

(Taps)