La plupart des objets tridimensionnels qui sont parfaitement ronds dans toutes les directions sont appelés sphères. Par conséquent, on dit que les bulles sont sphériques.
La plupart des choses qui sont sphériques sont formées de cette façon pour deux raisons :
- Les forces qui poussent sur la bulle de l’intérieur et de l’extérieur sont égales dans toutes les directions, ce qui fait que la surface est complètement lisse et uniforme, sans coins ni bords.
- L’élément situé à l’intérieur de la bulle veut minimiser son contact avec l’élément situé à l’extérieur de la bulle, peut-être en raison de forces répulsives (comme lorsque l’on maintient deux aimants positifs ensemble). Par exemple, comme l’eau et l’huile ne se mélangent pas parce qu’elles se repoussent, si de l’huile est ajoutée à l’eau, l’huile formera de petites bulles presque sphériques.
En bref : Pourquoi les bulles sont-elles rondes ?
- Les bulles sont rondes (ou sphériques) car les forces de pression qui s’exercent sur elles depuis l’intérieur et l’extérieur sont égales dans toutes les directions.
- Une autre raison est que la sphère est la forme qui a la plus petite surface pour un volume donné, ce qui permet à la bulle de minimiser le contact entre les substances intérieure et extérieure.
- La tension superficielle est la force qui permet de maintenir la forme sphérique de la bulle.
- Les bulles ne sont pas toujours parfaitement sphériques. Elles peuvent s’aplatir lorsqu’elles se déplacent rapidement dans un fluide, car la pression exercée par l’extérieur dépasse alors la tension superficielle.
- C’est le cas des grosses bulles d’air remontant dans l’eau ou des grosses gouttes de pluie qui tombent.
Les bulles sphériques minimisent la quantité de contact entre les substances intérieures et extérieures, car les sphères ont la plus petite surface de toutes les formes, pour un volume donné. Si nous analysons une sphère (comme une bulle) et un cube (comme une boîte) qui ont exactement le même volume (ou qui peuvent contenir la même quantité à l’intérieur), la sphère aura une surface beaucoup plus petite que la boîte. Si la substance à l’intérieur de la bulle est repoussée par la substance à l’extérieur de la bulle, la substance à l’intérieur de la bulle tentera de se regrouper en une forme qui minimise son contact avec l’extérieur et formera ainsi une bulle sphérique. La force qui tire la substance à l’intérieur d’une bulle et tente de maintenir la forme sphérique est appelée tension superficielle.
Gardons à l’esprit que pour les deux explications ci-dessus, les bulles sphériques ne se forment généralement que si la substance est un fluide (quelque chose qui coule, comme un liquide ou un gaz) et peut être pliée et formée en une sphère par les forces qui la poussent. Les gouttes de pluie sont en un sens un type de bulle, car l’eau est repoussée par l’air environnant et forme une sphère. Mais il existe de nombreuses bulles qui ne sont pas sphériques.
Si une bulle se déplace dans un autre fluide, elle peut perdre sa forme sphérique (ronde) parce que les forces qui poussent sur la bulle depuis l’extérieur changent lorsqu’elle se déplace dans un gaz ou un liquide. Par exemple, les bulles d’air qui sont expirées sous l’eau (comme dans le cadre de la plongée) sont moins denses que l’eau et sont repoussées par celle-ci, de sorte qu’elles forment des bulles sphériques qui commencent à remonter à la surface. Lorsque les bulles remontent à la surface, elles se dilatent et sont repoussées par l’eau au-dessus d’elles qu’elles traversent. Si les bulles sont assez grosses et montent assez vite, la force de l’eau qui pousse contre le sommet de la bulle fait que les plus grosses bulles s’aplatissent. Ces bulles prennent la forme d’un bol, avec un sommet arrondi et un fond aplati. Cet effet d’aplatissement se produit également pour les grosses gouttes de pluie qui tombent du ciel et sont aplaties par la force de l’air qui les pousse depuis le bas. Les grosses bulles de dioxyde de carbone qui se forment et montent dans une bouteille de soda après son ouverture s’aplatissent probablement aussi de cette manière.
L’aplatissement des bulles ne se produit que pour les gouttes de pluie et les bulles d’air les plus grosses lorsqu’elles se déplacent, car pour que les forces qui poussent sur l’extérieur de la bulle la fassent s’aplatir, elles doivent dépasser la tension superficielle qui tente de donner à la goutte une forme sphérique afin de minimiser sa surface.
La force du fluide poussant contre l’extérieur de la bulle ou de la goutte de pluie n’est supérieure à la tension superficielle que pour les bulles et les gouttes de pluie plus grosses. En effet, les plus grosses s’élèvent (dans le cas des bulles) ou tombent (dans le cas des gouttes de pluie) plus rapidement que les petites et la force exercée sur leur extérieur est donc plus grande.
Conclusion
En résumé, la forme sphérique des bulles n’est pas un hasard, mais une conséquence des lois de la physique. Elle est dictée par la recherche d’un équilibre entre les pressions et la nécessité de minimiser la surface de contact entre les substances. La tension superficielle joue un rôle essentiel pour maintenir cette forme parfaite. Cependant, il est important de noter que cette forme peut être altérée par des facteurs externes, comme le mouvement, qui peuvent vaincre la tension superficielle et déformer la bulle. Ainsi, les bulles nous enseignent la puissance des forces invisibles qui régissent le monde qui nous entoure.
FAQ : tout savoir sur la forme des bulles
Pourquoi les bulles de savon sont-elles toujours rondes ?
Les bulles de savon sont rondes car c’est la forme la plus stable qui minimise leur surface. Les forces de pression de l’air à l’intérieur et à l’extérieur de la bulle sont égales, ce qui crée une forme parfaitement uniforme et sans bords ni coins.
Qu’est-ce que la tension superficielle ?
La tension superficielle est la force qui agit à la surface d’un liquide, comme le film d’une bulle, et qui tente de maintenir sa cohésion. C’est cette force qui pousse la bulle à rester sous sa forme sphérique pour minimiser sa surface de contact.
Est-ce que toutes les bulles sont rondes ?
Non, toutes les bulles ne sont pas rondes. Si une bulle se déplace très vite dans un fluide (comme une grosse bulle d’air qui remonte dans l’eau), la force de la pression extérieure peut dépasser la tension superficielle et l’aplatir. Les grosses gouttes de pluie ont le même comportement.
Pourquoi la sphère a-t-elle la plus petite surface pour un volume donné ?
C’est une propriété géométrique unique de la sphère. Pour un volume intérieur donné, la sphère nécessite la plus petite surface extérieure possible pour le contenir. Cela permet à une bulle de minimiser son contact avec l’environnement extérieur.
Quel est le lien entre les gouttes de pluie et les bulles ?
Les gouttes de pluie se comportent comme des bulles car elles aussi tentent de prendre une forme sphérique pour minimiser leur contact avec l’air environnant. C’est la tension superficielle de l’eau qui maintient leur forme.
Comment se forme une bulle d’huile dans l’eau ?
L’huile et l’eau sont deux liquides qui se repoussent. Quand de l’huile est versée dans l’eau, elle se regroupe en petites bulles sphériques. C’est le moyen le plus efficace pour l’huile de minimiser son contact avec l’eau, qui est une substance qu’elle repousse.
Pourquoi une bulle d’air remonte-t-elle à la surface de l’eau ?
Une bulle d’air remonte à la surface de l’eau car l’air est moins dense que l’eau. Selon le principe d’Archimède, la bulle est poussée vers le haut par une force de flottabilité supérieure à son poids.
Pourquoi les grosses bulles s’aplatissent-elles lorsqu’elles montent dans l’eau ?
Quand une grosse bulle d’air monte rapidement, la force de l’eau qui la pousse par en dessous est plus forte que la force qui la pousse par en haut. Cette différence de pression, combinée à une vitesse élevée, l’aplatit et lui donne une forme de dôme.
Que se passe-t-il si deux bulles se touchent ?
Si deux bulles se touchent, elles fusionnent pour en former une seule plus grande, car cette nouvelle bulle plus grande aura une surface totale plus petite que la somme des surfaces des deux bulles originales. Ce processus est une autre manifestation de la tension superficielle.
Pourquoi un cube avec le même volume qu’une sphère a-t-il une plus grande surface ?
Si vous prenez un cube et une sphère de même volume, le cube aura une plus grande surface. Pour le démontrer, imaginez une boîte de 1 mètre cube de volume. Sa surface est de 6 mètres carrés. Une sphère de 1 mètre cube de volume aura une surface de seulement 4,83 mètres carrés.
Comment les formes de bulles sont-elles étudiées ?
Les scientifiques et les ingénieurs étudient les formes des bulles pour de nombreuses applications, comme en chimie, en physique des fluides ou dans l’industrie alimentaire. Des caméras à haute vitesse et des modèles informatiques sont souvent utilisés pour analyser le comportement de ces formes.
Quel est le rôle du fluide dans la forme d’une bulle ?
Une bulle ne peut être sphérique que si elle est dans un fluide (liquide ou gaz) qui lui permet de se déformer et d’atteindre sa forme d’équilibre. Les bulles ne peuvent pas exister dans un solide, car le solide ne se déforme pas pour permettre la formation d’une sphère.
Pourquoi l’huile ne forme-t-elle pas une bulle parfaite dans l’eau ?
La bulle d’huile dans l’eau est presque parfaite, mais pas tout à fait. Les forces de cohésion de l’huile et la force de répulsion avec l’eau ne sont pas aussi intenses que la tension superficielle d’une bulle de savon, ce qui peut entraîner de légères imperfections.
Les bulles de soda sont-elles rondes ?
Les bulles de dioxyde de carbone qui se forment dans une boisson gazeuse sont rondes à leur naissance. Cependant, comme elles sont plus légères que le liquide et qu’elles montent rapidement, les plus grosses bulles peuvent s’aplatir légèrement à mesure qu’elles se rapprochent de la surface.
Pourquoi les bulles de savon éclatent-elles ?
Les bulles de savon éclatent lorsque le film d’eau qui les compose devient trop mince et ne peut plus résister à la tension superficielle ou à une perturbation extérieure. La saleté ou un contact avec un objet pointu peuvent également les faire éclater.
