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

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

Some years ago, I was visiting Paris

Há uns anos, eu estava de visita a Paris

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

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

I saw giant bubbles floating on the riverbank,

Vi bolhas gigantescas a flutuar na margem do rio,

like this one.

como esta.

The next moment, it popped and was gone.

Logo a seguir, ela rebentou e desapareceu.

Making them were two street performers surrounded by a crowd.

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

They visibly make a living by asking for donations

Ganhavam a vida a pedir donativos

and by selling pairs of sticks tied with two strings.

e a vender pares de pauzinhos ligados por um cordel.

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

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

which surprised me.

o que me surpreendeu.

I am a scientist who is passionate about bubbles.

Sou uma cientista apaixonada por bolhas.

I know the right trick to make the giant bubbles

Sei qual é o truque para fazer as bolhas gigantescas.

is the right soapy water mixture itself --

É a água com sabão, nas quantidades certas

not the sticks,

— não são os pauzinhos

which may be needed,

que podem ser necessários

but you can easily make them at home.

mas que podem ser feitos facilmente em casa.

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

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

Bubbles might seem like something just children make while playing,

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

but sometimes it can be really stunning.

mas, por vezes, podem ser espantosas.

However, there are more fascinating science to bubbles,

Porém, há uma ciência mais fascinante nas bolhas,

such as problem-solving tools.

como instrumentos para resolver problemas.

So I would like to share with you

Vou contar-vos algumas histórias

a few stories about the science of creating bubbles

sobre a ciência de criar bolhas

and the science of eliminating the microscopic ones.

e a ciência de eliminar as bolhas microscópicas.

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

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

It is made from very common substances:

É feita de substâncias muito vulgares:

air, water, soap, in the right mixture.

ar, água, sabão, numa mistura correta.

You can see soap bubbles constantly changing their colors.

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

This is due to the interaction with light at various directions

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

and the changes of their thickness.

e as mudanças da sua espessura.

One of the common substances, water molecules,

Uma das substâncias vulgares, as moléculas da água,

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

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

On most surfaces, water droplets tend to curve inwards,

Na maior parte das superfícies,

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

forming a semihemisphere shape.

assumindo uma forma semiesférica.

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

Isso acontece porque a superfície das gotas de água

é como uma folha elástica.

The water molecule on the surface is constantly being pulled inwards

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

by the molecule at the center.

pela molécula no centro.

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

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

Now by adding soap,

Se acrescentarmos sabão,

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

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

making it more elastic and easier to form bubbles.

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

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

Podem pensar numa bolha

como uma solucionadora de problemas de matemática.

You see it relentlessly trying to achieve geometry perfection.

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

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

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

for a given volume.

para um determinado volume.

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

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

Let me show you. Check it out.

Vou mostrar. Reparem.

This is a single bubble.

Isto é uma simples bolha.

When two bubbles touch each other,

Quando duas bolhas tocam uma na outra...

they can save materials by sharing a common wall.

podem poupar material se partilharem uma parede comum.

When more and more bubbles are added together,

Quando se juntam cada vez mais bolhas,

their geometry changes.

a geometria delas vai mudando.

These four bubbles are added together.

Estas quatro bolhas juntaram-se.

They meet at one point at the center.

Encontram-se num mesmo ponto no centro.

When six bubbles are added together,

Quando se juntam seis bolhas,

a magical cube appears at the center.

aparece um cubo mágico no centro.

(Applause)

(Aplausos)

That is surface tension at work,

É a tensão superficial a funcionar,

trying to find the most effective geometry arrangement.

a tentar encontrar a organização geométrica mais eficaz.

Now, let me give you another example.

Vou dar outro exemplo.

This is a very simple prop.

É um objeto muito simples.

This is made from two layers of plastic

É feito de duas camadas de plástico

with four pins connected to each other.

com quatro pinos que as ligam uma à outra.

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

Imaginem que estes quatro pinos representam quatro cidades

que estão todas à mesma distância

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

e nós queríamos fazer estradas para ligar estas quatro cidades.

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

A minha pergunta é:

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

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

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

Remember, the soap bubble forms will always try to minimize

Não se esqueçam, a bolha de sabão

vai sempre tentar minimizar a sua área superficial

their surface area

with a perfect geometry arrangement.

com uma forma geométrica perfeita.

So the solution might not be something you expected.

A solução nem sempre será aquilo que esperamos.

The shortest length to connect these four cities

O comprimento mais curto para ligar estas quatro cidades

is 2.73 times the distance between these two cities.

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

(Applause)

(Aplausos)

Now you've got the idea.

Penso que já apanharam a ideia.

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

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

with a perfect geometry arrangement.

com uma forma geométrica perfeita.

Now, let us look at bubbles in another perspective.

Vamos olhar agora para bolhas sob outra perspetiva.

My daughter, Zoe, loves visiting zoos.

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

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

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

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

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

One day, she noticed that the body of penguins

Um dia, reparou que o corpo dos pinguins

leaves a trail of bubbles when they swim

deixa um rasto de bolhas quando nada

and asked why.

e perguntou: "Porquê?"

Animals and birds like penguins

Os animais e aves como os pinguins

that spend a lot of their time under the water

que passam muito tempo debaixo de água

have evolved an ingenious way of utilizing the capability of bubbles

desenvolveram uma forma engenhosa de utilizar a capacidade das bolhas

to reduce the density of water.

para reduzir a densidade da água.

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

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

below the sea surface.

abaixo da superfície do mar.

They are thought to store the air under their feathers

Pensa-se que armazenam o ar debaixo das penas

before they dive

antes de mergulharem

and then progressively release it as a cloud of bubbles.

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

This reduces the density of water surrounding them,

Isso reduz a densidade da água que os rodeia,

making it easier to swim through

tornando mais fácil eles avançarem

and speed up their swimming speed at least 40 percent.

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

This feature has been noticed by the ship manufacturers.

Esta característica foi observada pelos fabricantes de navios.

I am talking about the big ships here,

Estou a falar dos grandes navios,

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

aqueles que são utilizados

para transportar milhares de contentores, através do oceano.

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

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

inspired by the penguins.

inspirado nos pinguins.

In this system, they produce a lot of air bubbles

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

and redistribute them across the whole of the ship,

e redistribuem-nas por todo o navio,

like an air carpet that reduces the water resistance

como uma carpete de ar que reduz a resistência da água

when a ship is moving.

quando o navio está em movimento.

This feature cuts off the energy consumption for the ship

Esta característica reduz o consumo de energia do navio

up to 15 percent.

até 15%.

Bubbles can also be used for medicines.

As bolhas também podem ser usadas em medicamentos.

It can also play a role in medicines,

Também desempenham um papel nos medicamentos.

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

Por exemplo, como um método para sistemas não invasivos

de administração de medicamentos e de genes

to a specific part of the body.

numa parte específica do corpo.

Imagine a microbubble

Imaginem uma microbolha

filled with a mixture of drugs and magnetic agents

cheia com uma mistura de drogas e de agentes magnéticos

being injected into our bloodstream.

que é injetada na corrente sanguínea.

The bubbles will move to the target areas.

As bolhas avançarão para as áreas do destino.

But how do they know where to go?

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

Because we placed a magnet there.

Porque colocamos lá um íman.

For instance, this part of my hand.

Por exemplo, esta parte da minha mão.

When the microbubbles move to this part of my hand,

Quando as microbolhas avançam para esta parte da minha mão,

we can pop it via ultrasound

podemos rebentá-la através de ultrassons

and release the drug exactly where it's needed.

e libertar a droga exatamente onde ela é necessária.

Now, I mentioned about the science of creating bubbles.

Tenho referido a ciência de criar bolhas

But sometimes we also need to remove them.

mas, por vezes, também precisamos de as eliminar.

That's actually part of my job.

Isso faz parte do meu trabalho.

My exact job title is "ink formulation scientist."

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

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

Mas não trabalho na tinta que usamos para as canetas.

I'm working on some cool applications

Trabalho em aplicações muito interessantes

such as organic photovoltaics, OPVs,

como energia fotovoltaica orgânica,

and organic light-emitting diodes, OLEDs.

e díodos orgânicos emissores de luz, OLED,

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

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

from the ink that my company produces.

da tinta que a minha empresa produz.

During the formulation-mixing process,

Durante o processo de mistura da fórmula,

or preparation process,

ou seja, do processo de preparação,

we mix active ingredients, solvents and additives

misturamos ingredientes ativos, solventes e aditivos

in order to achieve the formulations with the properties we want

para conseguir as fórmulas com as propriedades que queremos

when the ink is being used.

quando a tinta é usada.

But just like you would make drinks

Mas, tal como quando fazemos bebidas

or bake cakes,

ou fazemos bolos,

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

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

Here, we are talking about a different space

Estamos aqui a falar de um espaço diferente

from the bubbles I'd seen in Paris.

das bolhas que eu vi em Paris.

The bubbles that are trapped inside those inks

O tamanho das bolhas que ficam presas dentro dessas tintas

vary between a few millimeters,

pode ser de alguns milímetros

a few microns

de alguns micrómetros,

or even a few nanometers in size.

ou mesmo de alguns nanómetros.

And what we are concerned about

A nossa preocupação

is the oxygen and the moisture that is trapped inside.

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

At this size scale, removing them is not easy.

A esta escala, não é fácil eliminá-las,

But it matters,

mas é importante,

for instance, for organic light-emitting diodes inks

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

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

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

It's supposed to last for many years,

Devem durar muitos anos

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

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

[which] are not being removed,

que não forem eliminados,

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

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

Now, one challenge we face in removing the microbubbles

Um problema que enfrentamos para eliminar as microbolhas

is that they are not very cooperative.

é que elas não são muito cooperantes.

They like to sit there,

Gostam de estar lá,

bathing in the ink without moving much.

a tomar banho na tinta, sem se mexerem muito.

But how do we kick them out?

Como é que as expulsamos?

One technology we use

Uma tecnologia que usamos

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

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

with a porous wall,

com uma parede porosa.

and we place the tubes inside the vacuum chamber,

Colocamos os tubos dentro de uma câmara de vácuo,

so that the bubbles can be squeezed out from the ink

para as bolhas serem espremidas para fora da tinta

and be removed.

e serem eliminadas.

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

Depois de conseguirmos eliminar as bolhas da tinta que fabricamos

it is time for celebration.

chega a altura de festejar.

Let's open a bubbling champagne.

Vamos abrir uma garrafa de espumante.

Ooh, this is going to be fun!

Oh, isto vai ser divertido!

(Laughter)

(Risos)

Woooo!

Uau!

(Applause)

(Aplausos)

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

Vemos imensas bolhas a sair da garrafa de champanhe.

These are the bubbles filled with carbon dioxide,

São as bolhas cheias de dióxido de carbono,

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

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

Let me pour some out.

Vou deitar um pouco.

I can't miss the chance.

Não posso perder a ocasião.

I guess it's enough.

Penso que chega.

(Laughter)

Here, I can see a lot of microbubbles

Vejo aqui muitas microbolhas,

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

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

Before it pops,

Antes de elas rebentarem,

it will jet tiny droplets of aroma molecules

vou deitar pequenas gotas de moléculas aromáticas

and intensify the flavor of champagne,

e intensificar o perfume do espumante,

making us enjoy much more the flavor of champagne.

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

As a scientist who is passionate about bubbles,

Como sou uma cientista que tem uma paixão por bolhas,

I love to see them,

adoro vê-las,

I love to play with them,

adoro brincar com elas,

and I love to study them.

e adoro estudá-las.

And also, I love to drink them.

E também adoro bebê-las.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)