Bubble in a pyramid

2016-11-21-2014-03-21-img_1707bBubble in a pyramid.
Bulle de savon dans une pyramide.

Science museum Cité des sciences et de l’industrie, Paris, 2014.
Cité des sciences et de l’industrie, Paris, 2014.

What is this bubble inside this pyramid?! Why isn’t there simply soap films closing each side of the pyramide?
This is all surface tension’s fault. Surface tension is a force that acts at the limit between two media (in the case of a bubble, between air and soapy water). It is responsible for maintaining the tension at the surface of a liquid. When a bubble is created, due to surface tension, the bubble surface is minimal (for its volume).
Let’s consider the case of a ‘classical’ round bubble. The volume of air inside the bubble does not change (as long as the bubble does not burst, the air is trapped inside) and the shape of the bubble adapts so that its surface is as small as possible: it is a sphere. If there are more surfaces, here the metal pyramidal frame, the bubble may cling onto them (as on the ring on this picture) which makes the problem a bit more complicated. In the case of our pyramid, it is this central bubble that minimizes the total surface of the bubble.

Qu’est-ce que c’est que cette bulle au milieu de la pyramide ?!  Pourquoi n’y a-t-il pas simplement des films de savon refermant les quatre côtés de la pyramide ?
Tout ça, c’est la faute de la tension superficielle. 
La tension superficielle, ou tension de surface, c’est une force qui agit à la limite entre deux milieux (dans le cas d’une bulle, entre l’air et l’eau savonneuse). C’est elle qui maintient tendue la surface d’un liquide. Quand on fait une bulle, du fait de la tension superficielle, la surface de bulle est minimale (pour son volume).
Prenons l’exemple d’une bulle “classique” ronde. Le volume d’air contenu dans la bulle ne change pas (tant que la bulle n’a pas éclaté, l’air ne peut pas sortir) et la forme bulle s’adapte pour que sa surface soit la plus faible possible : c’est une sphère. En présence de surfaces supplémentaires, ici la pyramide en métal, la bulle s’accroche aux bords (comme pour sur l’anneau de cette photo) ce qui complique un peu le problème. Dans le cas de notre pyramide, c’est cette bulle centrale qui minimise la surface totale de la bulle.

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