Coba letakkan sabun pencuci piring ke dalam tempat cuci piring dan isi dengan air. Kamu akan menciptakan sebuah substansi
yang benar-benar aneh. Meski sebagian besar tersusun dari udara,
buih-buih dalam tempat cuci piring berperilaku bak benda padat yang elastis. Aneh bukan?
“Ambil krim cukur dan letakkan di tanganmu. Sentuh dengan jari. Tanyakan pada dirimu sendiri, apakah ini benda padat, cair, ataukah gas?” saran dari Douglas Durian, profesor fisika di UCLA.
Busa cair yang biasa, seperti krim cukur atau buih-buih di dalam sebuah tempat cuci piring, sebagian besar terdiri dari gas (95%) dan sedikit cairan (5%). Gas membagi lagi cairan ke dalam sebuah matriks gelembung-gelembung yang amat kecil. Busa yang bagus biasanya mengandung molekul-molekul kompleks yang memperkokoh tembok gelembung. Lemak susu misalnya, melakukan hal itu dalam krim buih. Cara gelembung-gelembung saling menempel atau melewati satu sama lain menentukan perilaku busa.
Sampai saat ini belum ada teori yang dapat memprediksi seberapa kaku sebuah busa bila didasarkan pada ukuran gelembung atau jumlah cairan yang dikandungnya. Kekakuan yang tepat dari sebuah busa merupakan hal yang krusial bagi banyak pengguna. Bayangkan saja: busa penghambat api yang harus mengalir dengan cepat melalui
katup alat pemadam lalu menempel erat-erat pada permukaan manapun yang dihampirinya; atau sebuah bahan senjata anti biologis yang mengembang untuk mengisi lubang dan celah serta membunuh semua mikroba yang bersembunyi disana.
Profesor Durian mendesain eksperimen FOAM (singkatan dari Foam Optics and Mechanics) untuk mengetahui sifat fisiknya busa yang sedianya dilakukan di stasiun angkasa ISS (International Space Station).
Sebuah Dunia yang Belum Dijelajahi "Salah satu cara memahami sifat dasar bahan apapun adalah dengan meneliti "titik kritis"-nya--ambang dimana bahan berubah fase, misalnya dari padat ke cair," kata Durian. "Meneliti titik kritisnya busa adalah apa yang FOAM lakukan."
Busa, yang bisa berperilaku bak benda padat, terdiri dari gas dan cairan. Lalu apa artinya ini bagi sebuah substansi untuk mengubah fase? Titik genting sebuah busa terjadi saat muatan cairnya sangat tinggi (sekitar 37% volume busa) sehingga gelembung-gelembung udara benar-benar berbentuk bulat dan hanya saling bersentuhan pada satu titik, seperti bantalan-bantalan bola baja yang dikumpulkan dalam sebuah toples. Itulah saat gelembung berhenti berperilaku sebagai tumpukan setengah padatnya gelembung-gelembung dan mulai berperilaku bak gelembung-gelembun yang beterbangan dengan bebas di dalam cairan yang mengalir—semacam “perubahan fase”.
“Tidak mungkin meneliti titik kritis busa di bumi, tapi di luar angkasa kami mampu mempelajarinya dengan lumayan baik,” kata Durian. Gravitasi menyebabkan cairan di dalam sebuah busa merembes ke bawah, khususnya saat busa relatif basah karena saat itulah busa mendekati titik kritis. Di Bumi, titik kritis tak bisa dicapai karena cairan cepat berkumpul di dasar wadahnya, meninggalkan busa dengan gelembung yang permukaannya datar dan hanya sekitar 5% muatan cairan mengambang di puncaknya. Di angkasa luar, drainase busa pada hakekatnya tidak ada, sehingga prof. Durian dkk. bisa membuat busa mencapai titik kritis lalu mempelajarinya dengan seksama.
Bagaimana caranya kamu meneliti sebuah busa? Tentu kamu tak bisa menyentuhnya karena kamu akan menyebabkan gelembung meletus dan mengubah busa. Para peneliti memerlukan sebuah cara untuk meneliti sifat-sifat busa tanpa mengganggunya.
Meneliti dengan Cahaya Sudah sekitar 10 tahun ini kelompok peneliti yang dipimpin Durian mengembangkan metode penggunaan berkas cahaya untuk mengukur ukuran, kebasahan, dan pergerakan gelembung-gelembung di dalam sebuah busa.
Dalam salah satu metode, yang disebut “spektroskopi transmisi difus”, para ilmuwan menyinarkan berkas cahaya busa dan mengukur seberapa banyak cahaya mencapai titik di sisi yang lain. Di dalam sebuah busa yang mengandung gelembung-gelembung yang sangat besar tapi berjumlah sedikit, sebagian besar sinar bisa melaluinya dengan sedikit gangguan; tapi pada sebuah busa yang mengandung gelembung-gelembung yang sangat kecil dan berjumlah banyak sekali, cahaya akan disebarkan oleh membran gelembung. Mengetahui berapa banyak cahaya mencapai sisi jauh membolehkan para ilmuwan menentukan ukuran rata-rata gelembung.
Gerakan gelembung bisa dideteksi dengan mempergunakan sinar monokromatik (berwarna-tunggal). Saat berkas laser melalui busa, membran-membran busa yang bergerak menyebabkan sedikit efek Doppler, mengubah frekwensi—dan dengan begitu mengubah warna—cahaya. Mengamati perubahan yang sangat tipis dari frekwensi cahaya ini membuat para peneliti mengetahui kecepatan dan arah gerakan gelembung. Teknik ini disebut “spektroskopi gelombang difus”.
Di ISS, sebuah busa berbasis-air yang sederhana akan dibentuk dalam alat FOAM. Durian dkk., yang mengendalikan eksperimen dari bumi, akan memlih rasio cairan-ke-gas sehingga busa mendekati titik kritisnya. Lalu mereka akan menyinarkan seberkas laser melalui busa untuk meneliti sifat-sifat busa saat ia terpilin dan bentuknya diubah oleh lempengan mekanik.
“Tujuannya,” ungkap Durian,”Adalah mengetahui bagaimana struktur internal busa berubah saat karakater elastisnya hilang.” Data eksperimen ini menarik bagi siapapun yang ingin menyemprotkan busa ke sekitar sebuah sudut atau ke dalam api… atau siapapun yang mau membuat teori fisiknya busa. Dan yang paling penting adalah sesuatu yang akan kamu pikirkan saat mencuci piring.