The fascinating science of bubbles, from soap to champagne | Li Wei Tan

תרגום: Yael Ring עריכה: Ido Dekkers

Some years ago, I was visiting Paris

לפני כמה שנים, ביקרתי בפריז

and walking along the Seine River during a beautiful summer afternoon.

ובאחר צהריים קיצי ויפה הלכתי לאורך נהר הסיין.

I saw giant bubbles floating on the riverbank,

ראיתי בועות ענקיות מרחפות על גדת הנהר,

like this one.

כמו זו.

The next moment, it popped and was gone.

מייד לאחר מכן, היא התפוצצה ונעלמה.

Making them were two street performers surrounded by a crowd.

שני אומני רחוב יצרו אותן כשהם מוקפים בקהל.

They visibly make a living by asking for donations

הם הרוויחו כסף על ידי בקשת תרומות

and by selling pairs of sticks tied with two strings.

ובאמצעות מכירת זוגות של מקלות מחוברים בשני חוטים.

When I was there, a man bought a pair of sticks for 10 euros,

כשהייתי שם, אדם קנה זוג מקלות ב10 יורו,

which surprised me.

דבר שהפתיע אותי.

I am a scientist who is passionate about bubbles.

אני מדענית החוקרת בדבקות בועות.

I know the right trick to make the giant bubbles

אני יודעת שהטריק הנכון לייצור בועות ענק

is the right soapy water mixture itself --

טמון בתערובת מי הסבון הנכונה --

not the sticks,

לא המקלות,

which may be needed,

שאולי יש בהם צורך,

but you can easily make them at home.

אבל אפשר בקלות להכין כאלה בבית.

Focusing on the sticks makes us not see that the real tool is the bubble itself.

ההתמקדות במקלות לא מאפשרת לנו לראות שהכלי המרכזי הוא הבועה עצמה.

Bubbles might seem like something just children make while playing,

בועות אולי נראות כמו משהו שרק ילדים משחקים בו,

but sometimes it can be really stunning.

אבל לפעמים הן יכולות להיות ממש מהממות.

However, there are more fascinating science to bubbles,

ובכל זאת, יש מדע מרתק מאחור הבועות,

such as problem-solving tools.

כמו כלים לפתרון בעיות.

So I would like to share with you

אז הייתי רוצה לחלוק איתכם

a few stories about the science of creating bubbles

כמה סיפורים על המדע שביצירת בועות

and the science of eliminating the microscopic ones.

והמדע שכרוך בחיסול אלה המיקרוסקופיות.

Since it's up on the screen, let's start with the soap bubble.

מכיוון שזה כבר נמצא על המסך, בא נתחיל בבועות הסבון.

It is made from very common substances:

הן עשויות מחומרים מאוד זמינים:

air, water, soap, in the right mixture.

אוויר, מים, סבון, בתערובת הנכונה.

You can see soap bubbles constantly changing their colors.

אתם יכולים לראות שבועות סבון כל הזמן משנות את צבען.

This is due to the interaction with light at various directions

זאת היא תוצאה של האינטרקציה עם האור בזוויות שונות

and the changes of their thickness.

והשינויים במידת העובי שלהן.

One of the common substances, water molecules,

אחד מהחומרים הזמינים, מולקולות מים,

are formed by two atoms of hydrogen and one atom of oxygen -- H2O.

נוצרות על ידי שילוב של שני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן - H2O.

On most surfaces, water droplets tend to curve inwards,

על רוב המשטחים, טיפות מים נוטות להתאסף כלפי פנים,

forming a semihemisphere shape.

כך שהן יוצרות צורה חצי כדורית.

This is because the water droplet's surface is like an elastic sheet.

דבר זה מתרחש כיוון שפני טיפת המים הם כמו סדין אלסטי.

The water molecule on the surface is constantly being pulled inwards

מולקולת המים על פני המשטח כל הזמן נמשכת כלפי פנים

by the molecule at the center.

על ידי המולקולה במרכז.

And the quality of the elasticity is what we call "surface tension."

ואיכות האלסטיות היא מה שאנו מכנים "מתח הפנים".

Now by adding soap,

עכשיו אם נוסיף סבון,

what happens is the soap molecule reduces the surface tension of water,

מה שקורה הוא שמולקולת הסבון מצמצמת את מתח הפנים של המים,

making it more elastic and easier to form bubbles.

והופכת אותו ליותר אלסטי וקל ליצירת בועות.

You can think of a bubble as a mathematical problem-solver.

אתם יכולים לחשוב על בועה כמו משוואת פתרון בעיות מתמטיות.

You see it relentlessly trying to achieve geometry perfection.

אפשר לראות איך היא מנסה ללא הרף להשיג מושלמות גיאומטרית.

For instance, a sphere is the shape with the least surface area

לדוגמא, כדור הוא הצורה בעלת שטח הפנים

for a given volume.

הכי קטן לכל נפח נתון.

That's why a single bubble is always in the shape of a sphere.

לכן כל בועה תמיד תהיה בצורת כדור.

Let me show you. Check it out.

תנו לי להראות לכם, שימו לב.

This is a single bubble.

זאת היא בועת סבון אחת.

When two bubbles touch each other,

כששתי בועות נוגעות זו בזו,

they can save materials by sharing a common wall.

הן יכולות לחסוך בחומרים על ידי שיתוף של קיר משותף.

When more and more bubbles are added together,

כשעוד ועוד בועות מתווספות יחד,

their geometry changes.

הגיאומטריה שלהן משתנה.

These four bubbles are added together.

ארבע הבועות האלה מתווספות יחד.

They meet at one point at the center.

הן נפגשות בנקודה אחת במרכז.

When six bubbles are added together,

כששש בועות מתווספות יחד,

a magical cube appears at the center.

קוביית קסם מופיעה במרכז.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

That is surface tension at work,

זה מתח פנים בפעולה,

trying to find the most effective geometry arrangement.

הניסיון למצוא את הסידור הגיאומטרי הכי אפקטיבי.

Now, let me give you another example.

עכשיו, תנו לי לתת לכן עוד דוגמא.

This is a very simple prop.

זהו כלי מאוד פשוט.

This is made from two layers of plastic

הוא עשוי משתי שכבות של פלסטיק

with four pins connected to each other.

כשארבע סיכות מחברות ביניהן.

Imagine these four pins represent four cities that are equally apart,

דמיינו שארבע הסיכות מייצגות ארבע ערים הנמצאות במרחק שווה זו מזו,

and we would like to make roads to connect these four cities.

ואנחנו רוצים ליצור כבישים שיחברו את ארבע הערים האלה.

My question is: What is the shortest length to connect these four cities?

השאלה שלי היא: מהי הדרך הקצרה ביותר לחבר בין ארבע הערים האלה?

Let's find out the answer by dipping it into the soapy water.

בא נגלה את התשובה על ידי טבילת הכלי במי סבון.

Remember, the soap bubble forms will always try to minimize

זכרו, בועות הסבון תמיד ישאפו ליצור

their surface area

שטח פנים מינימלי

with a perfect geometry arrangement.

בסידור גיאומטרי מושלם.

So the solution might not be something you expected.

אז הפתרון אולי לא יהיה משהו שהייתם מצפים.

The shortest length to connect these four cities

הדרך הקצרה ביותר לחבר בין ארבע הערים האלה

is 2.73 times the distance between these two cities.

הוא המרחק בין שתי הערים האלה כפול 2.73.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

Now you've got the idea.

עכשיו הבנתם את הרעיון.

The soap bubble forms will always try to minimize their surface area

בועות הסבון תמיד ישאפו ליצור שטח פנים מינימלי

with a perfect geometry arrangement.

בסידור גיאומטרי מושלם.

Now, let us look at bubbles in another perspective.

עכשיו, בא נבחן את הבועות מזווית אחרת.

My daughter, Zoe, loves visiting zoos.

הבת שלי, זואי, אוהבת לבקר בגני חיות.

Her favorite spot is Penguin Cove at Marwell Zoo in Southern England,

המקום האהוב עליה הוא מערת הפנגווינים בגן החיות מארוול בדרום אנגליה,

where she could see penguins swim at speed under the water.

שם היא יכולה לראות פינגווינים שוחים במהירות מתחת למים.

One day, she noticed that the body of penguins

יום אחד, היא שמה לב שגוף הפינגווין

leaves a trail of bubbles when they swim

מותיר אחריו שובל של בועות כשהם שוחים

and asked why.

ושאלה למה.

Animals and birds like penguins

בעלי חיים וציפורים כמו פינגווינים

that spend a lot of their time under the water

המבלים הרבה מזמנם מתחת לפני המים

have evolved an ingenious way of utilizing the capability of bubbles

פיתחו שיטה גאונית לשימוש ביכולות של בועות

to reduce the density of water.

להפחתת דחיסות המים.

Emperor penguins are thought to be able to dive a few hundred meters

מקובל לחשוב שפינגווינים קיסריים מסוגלים לצלול לעומק של כמה מאות מטרים

below the sea surface.

מתחת לפני הים.

They are thought to store the air under their feathers

ההנחה היא שהם אוגרים את האוויר מתחת לנוצות שלהם

before they dive

לפני שהם צוללים

and then progressively release it as a cloud of bubbles.

ואז משחררים אותו בהדרגה בענן של בועות.

This reduces the density of water surrounding them,

דבר זה מפחית את דחיסות המים הסובבים אותם,

making it easier to swim through

וכך יותר קל להם לשחות בתוכם

and speed up their swimming speed at least 40 percent.

ולהגביר את מהירות השחיה שלהם בלפחות 40 אחוז.

This feature has been noticed by the ship manufacturers.

טכניקה זו הועתקה על ידי יצרני אוניות.

I am talking about the big ships here,

אני מדברת על אוניות ענק,

the ones that are used to transport thousands of containers across the ocean.

אלה בהן משתמשים להעברת אלפי מכולות ברחבי האוקיינוס.

Recently, they developed a system called "air lubricating system,"

לאחרונה, הם פיתחו מערכת שנקראת "מערכת סיכת אוויר",

inspired by the penguins.

שקיבלה את השראתה מן הפינגווינים.

In this system, they produce a lot of air bubbles

במערכת הזאת, הם מייצרים הרבה בועות אוויר

and redistribute them across the whole of the ship,

ומפזרים אותן לאורך כל הספינה,

like an air carpet that reduces the water resistance

כמו משטח אוויר שמפחית את התנגדות האויר

when a ship is moving.

כשהאניה שטה.

This feature cuts off the energy consumption for the ship

שיטה זו מפחיתה את צריכת האנרגיה של האניה

up to 15 percent.

בכ 15 אחוזים.

Bubbles can also be used for medicines.

אפשר גם להשתמש בבועות ברפואה.

It can also play a role in medicines,

הן גם משמשות בעולם הרפואה,

for instance, as a method for noninvasive delivery systems for drugs and genes

לדוגמא, כשיטה למערכת הובלה לא פולשנית עבור תרופות וגנים

to a specific part of the body.

לחלק מסוים של הגוף.

Imagine a microbubble

דמיינו מיקרו-בועה

filled with a mixture of drugs and magnetic agents

מלאה בתערובת של תרופות וסוכנים מגנטיים

being injected into our bloodstream.

המוחדרת לתוך מחזור הדם שלנו.

The bubbles will move to the target areas.

הבועות ינועו לכיוון אזור המטרה.

But how do they know where to go?

אבל איך הן יודעות לאן ללכת?

Because we placed a magnet there.

כי שתלנו בתוכה מגנט.

For instance, this part of my hand.

לדגומא, החלק הזה של היד שלי.

When the microbubbles move to this part of my hand,

כשהמיקרו-בועות מגיעות לחלק הזה של היד שלי,

we can pop it via ultrasound

אנחנו יכולים לפוצץ אותן באמצעות אולטרא-סאונד

and release the drug exactly where it's needed.

ולשחרר את התרופות בדיוק במקום בו צריך אותן.

Now, I mentioned about the science of creating bubbles.

עכשיו, הזכרתי את המדע שמאחורי יצירת בועות.

But sometimes we also need to remove them.

אבל לפעמים אנחנו צריכים גם להיפטר מהן.

That's actually part of my job.

זה בעצם חלק מהעבודה שלי.

My exact job title is "ink formulation scientist."

ההגדרה המדויקת של העבודה שלי היא "מדענית פורמולת דיו".

But I don't work on the ink that you use for your writing pens.

אבל אני לא עובדת על הדיו בו אתם משתמשים לכתוב בעטי הדיו שלכם.

I'm working on some cool applications

אני עובדת על אפליקציות ממש מגניבות

such as organic photovoltaics, OPVs,

כמו פוטו-וולטאיות אורגנית

and organic light-emitting diodes, OLEDs.

ודיודות פולטות אור אורגניות.

Part of my job is to figure out how and why we want to remove the bubbles

חלק מהעבודה שלי היא לפענח איך ומתי אנחנו רוצים להסיר את הבועות

from the ink that my company produces.

מהדיו שהחברה שלי מייצרת.

During the formulation-mixing process,

במהלך תהליך ערבוב הפורמולה,

or preparation process,

או תהליך ההכנה.

we mix active ingredients, solvents and additives

אנחנו מערבבים חומרים פעילים, ממיסים ותוספים

in order to achieve the formulations with the properties we want

על מנת להשיג את הפורמולות בעלות המאפיינים הנדרשים

when the ink is being used.

לשימוש בדיו.

But just like you would make drinks

אבל בדיוק כמו אם הייתם מכינים משקה

or bake cakes,

או אופים עוגה,

it is unavoidable that some air bubbles will be trapped inside that ink.

בלתי נמנע שכמה בועות אוויר יכלאו בתוך הדיו הזה.

Here, we are talking about a different space

כאן, אנחנו מדברים על מרחב שונה

from the bubbles I'd seen in Paris.

מהבועות שראיתי בפריז.

The bubbles that are trapped inside those inks

הבועות הכלואות בתוך סוגי הדיו האלה

vary between a few millimeters,

יכולות לנוע בגודלן בין כמה מילימטרים בודדים,

a few microns

כמה מיקרונים

or even a few nanometers in size.

או אפילו כמה ננו-מטרים.

And what we are concerned about

ומה שמדאיג אותנו

is the oxygen and the moisture that is trapped inside.

הוא החמצן והלחות הכלואים בפנים.

At this size scale, removing them is not easy.

בסדר גודל כזה, קשה מאוד להיפטר מהן.

But it matters,

אבל זה חשוב,

for instance, for organic light-emitting diodes inks

לדוגמא, דיו של דיודות מפיקות אור אורגניות,

that we can use to produce display for your smartphone, for example.

בו אנחנו משתמשים כדי ליצור את התצוגה בסמרטפון שלכם, לדוגמא.

It's supposed to last for many years,

הדיו אמור להחזיק הרבה שנים,

but if the ink that we use has been absorbed with oxygen and moisture

אבל אם חמצן ולחות נספגים בדיו הזה

[which] are not being removed,

שלא הוסרו בזמן,

then we can quickly see dark spots appear in the pixels.

אז אנחנו יכולים לראות במהרה נקודות שחורות המופיעות בפיקסלים.

Now, one challenge we face in removing the microbubbles

עכשיו, אתגר אחד שאנחנו מתמודדים איתו הוא בהסרת המיקרו-בועות

is that they are not very cooperative.

הוא שהן לא ממש משתפות פעולה.

They like to sit there,

הן אוהבות לשבת שם,

bathing in the ink without moving much.

ולטבול בדיו מבלי לזוז הרבה.

But how do we kick them out?

אבל איך אפשר להעיף אותן?

One technology we use

שיטה אחת שאנחנו משתמשים בה

is to force the ink going through a thin, long and tiny tube

היא לדחוף את הדיו בתוך צינור דק, ארוך וקטן

with a porous wall,

בעל קיר נקבובי,

and we place the tubes inside the vacuum chamber,

ואנחנו מניחים את הצינורות בתוך תא ואקום,

so that the bubbles can be squeezed out from the ink

כך שאפשר לדחוף את הבועות מהדיו

and be removed.

ולהסיר אותן.

Once we manage to remove the bubbles from the ink that we produce,

ברגע שאנחנו מצליחים להסיר את הבועות מהדיו שאנחנו מייצרים,

it is time for celebration.

זה הזמן לחגיגות.

Let's open a bubbling champagne.

בא נפתח שמפניה מבעבעת.

Ooh, this is going to be fun!

אווו, זה הולך להיות כיף!

(Laughter)

(צחוק)

Woooo!

ווהוו!

(Applause)

(מחיאות כפיים)

You could see a lot of bubbles rushing out from the champagne bottle.

אתם יכולים לראות מלא בועות נדחפות החוצה מבקבוק השמפניה.

These are the bubbles filled with carbon dioxide,

אלו הן בועות המלאות בפחמן דו חמצני,

a gas that's been produced during the fermentation process of the wine.

גז המיוצר במהלך תהליך התסיסה של היין.

Let me pour some out.

בואו נשפוך קצת.

I can't miss the chance.

אני לא יכולה לפספס את ההזדמנות.

I guess it's enough.

אני מניחה שזה מספיק.

(Laughter)

(צחוק)

Here, I can see a lot of microbubbles

הנה, אני יכולה לראות המון מיקרו-בועות

moving from the bottom of the glass to the top of the champagne.

שנעות מתחתית הכוס לפני השטח של השמפניה.

Before it pops,

לפני שהן מתפוצצות,

it will jet tiny droplets of aroma molecules

הן ישחררו טיפות זעירות של מולקולות ריח

and intensify the flavor of champagne,

ויעצימו את טעמה של השמפניה,

making us enjoy much more the flavor of champagne.

ויגרמו לנו ליהנות מטעמה של השמפניה עוד יותר.

As a scientist who is passionate about bubbles,

כמדענית שמאוד מרותקת מבועות,

I love to see them,

אני אוהבת לראות אותן,

I love to play with them,

אני אוהבת לשחק איתן,

and I love to study them.

ואני אוהבת לחקור אותן.

And also, I love to drink them.

וגם, אני אוהבת לשתות אותן.

Thank you.

תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)