Burbuja (física)

Las burbujas son visibles porque tienen un índice de refracción (IR) diferente al de la sustancia circundante. Por ejemplo, el IR del aire es aproximadamente 1,0003 y el 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 diferentes IR; por lo tanto, las burbujas pueden identificarse por la refracción y la reflexión interna que las acompañan, incluso aunque tanto el medio inmerso como el que las inmersa sean transparentes.

La explicación anterior solo 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 burbuja de jabón) no distorsionará mucho la luz, y solo se puede ver una burbuja de membrana debido a la difracción y reflexión de película delgada .

La nucleación puede inducirse intencionalmente, por ejemplo, para crear un efecto de burbuja en un sólido.

En las ecografías médicas , se utilizan pequeñas burbujas encapsuladas llamadas agentes de contraste para mejorar el contraste.

En la impresión de inyección de tinta térmica , las burbujas de vapor se utilizan como actuadores . Ocasionalmente, también se utilizan como actuadores en otras aplicaciones de microfluídica . ^{[ 2 ]}

El colapso violento de 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 emplea en armas de energía focalizada como la bazuca y el torpedo . El camarón pistola también utiliza una burbuja de cavitación colapsante como arma. El mismo efecto se utiliza para tratar cálculos renales en un litotriptor . Mamíferos marinos como delfines y ballenas utilizan burbujas para entretenerse o como herramientas de caza. Los aireadores provocan la disolución de gas en el líquido mediante la inyección de burbujas.

Las burbujas son utilizadas por ingenieros químicos y metalúrgicos en procesos como la destilación, la absorción, la flotación y el secado por pulverización. Los complejos procesos involucrados a menudo requieren considerar la 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 sus fosas nasales y creando una burbuja. ^{[ 4 ]}

Las investigaciones sobre el origen de la vida en la Tierra sugieren que las burbujas pueden haber desempeñado un papel fundamental en el confinamiento y la concentración de moléculas precursoras de la vida, una función que actualmente realizan las membranas celulares . ^{[ 5 ]}

Los láseres de burbujas utilizan burbujas como resonador óptico. Pueden utilizarse como sensores de presión de alta sensibilidad. ^{[ 6 ]}

Cuando las burbujas se perturban (por ejemplo, cuando se inyecta una burbuja de gas bajo el agua), la pared oscila. Aunque a menudo queda enmascarada visualmente por deformaciones mucho mayores en la forma, un componente de la oscilación cambia el volumen de la burbuja (es decir, es la pulsación) que, en ausencia de un campo sonoro impuesto externamente, ocurre a la frecuencia natural de la burbuja. La pulsación es el componente más importante de la oscilación, acústicamente, porque al cambiar el volumen del gas, cambia su presión y conduce a la emisión de sonido a la frecuencia natural de la burbuja. Para burbujas de aire en agua, las burbujas grandes ( tensión superficial y conductividad térmica despreciables ) experimentan pulsaciones adiabáticas , lo que significa que no se transfiere calor ni del líquido al gas ni viceversa. La frecuencia natural de dichas burbujas está determinada por la ecuación: ^{[ 7 ] [ 8 ]}

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {3\gamma p_{0} \over \rho }}}$

dónde:

• ${\displaystyle \gamma }$es la relación de calores específicos del gas
• ${\displaystyle R_{0}}$es el radio de estado estacionario
• ${\displaystyle p_{0}}$es la presión en estado estacionario
• ${\displaystyle \rho }$es la densidad de masa del líquido circundante

Para burbujas de aire en agua, las burbujas más pequeñas experimentan pulsaciones isotérmicas . La ecuación correspondiente para burbujas pequeñas de tensión superficial σ (y viscosidad del líquido despreciable ) es ^{[ 8 ].}

${\displaystyle f_{0}={1 \over 2\pi R_{0}}{\sqrt {{3p_{0} \over \rho }+{4\sigma \over \rho R_{0}}}}}$

Las burbujas excitadas atrapadas bajo el agua son la principal fuente de sonidos líquidos , como los que se producen dentro de nuestros nudillos al crujirlos, ^{[ 9 ]} y cuando una gota de lluvia impacta la superficie del agua. ^{[ 10 ] [ 11 ]}