Una burbuja es un glóbulo de una sustancia gaseosa en un líquido. En el caso contrario, a un glóbulo de un líquido en un gas, se le llama gota . [1] Debido al efecto Marangoni , las burbujas pueden permanecer intactas cuando alcanzan la superficie de la sustancia inmersiva.
Las burbujas se ven en muchos lugares de la vida cotidiana, por ejemplo:
Las burbujas se forman y se fusionan en formas globulares porque esas formas se encuentran en un estado de menor energía. Para conocer la física y la química detrás de esto, consulte nucleación .
Las burbujas son visibles porque tienen un índice de refracción (RI) diferente al de la sustancia circundante. Por ejemplo, el RI del aire es aproximadamente 1,0003 y el RI del agua es aproximadamente 1,333. La Ley de Snell describe cómo las ondas electromagnéticas cambian de dirección en la interfaz entre dos medios con diferente RI; por lo tanto, las burbujas se pueden identificar a partir de la refracción y la reflexión interna que las acompañan , aunque tanto el medio sumergido como el medio sumergido sean transparentes.
La explicación anterior sólo es válida para burbujas de un medio sumergidas en otro medio (por ejemplo, burbujas de gas en un refresco); el volumen de una burbuja de membrana (por ejemplo, una pompa de jabón) no distorsionará mucho la luz y solo se puede ver una burbuja de membrana debido a la difracción y reflexión de la película delgada .
La nucleación se puede inducir intencionalmente, por ejemplo, para crear un burbujagrama en un sólido.
En las imágenes de ultrasonido médicas, se utilizan pequeñas burbujas encapsuladas llamadas agente de contraste para mejorar el contraste.
En la impresión térmica por inyección de tinta , se utilizan burbujas de vapor como actuadores. Ocasionalmente se utilizan en otras aplicaciones de microfluidos como actuadores. [2]
El violento colapso de las burbujas ( cavitación ) cerca de superficies sólidas y el chorro resultante constituyen el mecanismo utilizado en la limpieza ultrasónica . El mismo efecto, pero a mayor escala, se utiliza en armas de energía concentrada como la bazuca y el torpedo . El camarón pistola también utiliza una burbuja de cavitación que colapsa como arma. El mismo efecto se utiliza para tratar los cálculos renales en un litotriptor . Los mamíferos marinos como los delfines y las ballenas utilizan burbujas para entretenerse o como herramientas de caza. Los aireadores provocan la disolución del gas en el líquido mediante la inyección de burbujas.
Las burbujas son utilizadas por ingenieros químicos y metalúrgicos en procesos como destilación, absorción, flotación y secado por aspersión. Los complejos procesos involucrados a menudo requieren consideración de transferencia de masa y calor y se modelan mediante dinámica de fluidos . [3]
El topo de nariz estrellada y la musaraña acuática americana pueden oler bajo el agua respirando rápidamente por la nariz y creando una burbuja. [4]
La investigación sobre el origen de la vida en la Tierra sugiere que las burbujas pueden haber desempeñado un papel integral en el confinamiento y concentración de moléculas precursoras de la vida, una función que actualmente desempeñan las membranas celulares . [5]
Cuando se alteran las burbujas (por ejemplo, cuando se inyecta una burbuja de gas bajo el agua), la pared oscila. Aunque a menudo queda visualmente enmascarado por deformaciones de forma mucho mayores, un componente de la oscilación cambia el volumen de la burbuja (es decir, es una pulsación) que, en ausencia de un campo sonoro impuesto externamente, se produce en la frecuencia natural de la burbuja . La pulsación es el componente más importante de la oscilación acústica, porque al cambiar el volumen del gas, cambia su presión y conduce a la emisión de sonido en la frecuencia natural de la burbuja. En el caso de las burbujas de aire en el agua, las burbujas grandes ( tensión superficial y conductividad térmica insignificantes ) sufren pulsaciones adiabáticas , lo que significa que no se transfiere calor del líquido al gas ni viceversa. La frecuencia natural de tales burbujas está determinada por la ecuación: [6] [7]
dónde:
En el caso de las burbujas de aire en el agua, las burbujas más pequeñas sufren pulsaciones isotérmicas . La ecuación correspondiente para pequeñas burbujas de tensión superficial σ (y viscosidad del líquido insignificante ) es [7]
Las burbujas excitadas atrapadas bajo el agua son la principal fuente de sonidos líquidos , como dentro de nuestros nudillos cuando crujimos los nudillos, [8] y cuando una gota de lluvia impacta una superficie de agua. [9] [10]
El daño por formación y crecimiento de burbujas en los tejidos corporales es el mecanismo de la enfermedad por descompresión , que ocurre cuando gases inertes disueltos sobresaturados abandonan la solución en forma de burbujas durante la descompresión . El daño puede deberse a la deformación mecánica de los tejidos debido al crecimiento de burbujas in situ o al bloqueo de los vasos sanguíneos donde se ha alojado la burbuja.
La embolia gaseosa arterial puede ocurrir cuando se introduce una burbuja de gas en el sistema circulatorio y se aloja en un vaso sanguíneo que es demasiado pequeño para pasar bajo la diferencia de presión disponible. Esto puede ocurrir como resultado de la descompresión después de una exposición hiperbárica, una lesión por expansión excesiva del pulmón , durante la administración de líquidos intravenosos o durante una cirugía .
