Revelando un secreto oculto a la vista
(NC&T) El trabajo ha sido hecho por físicos de la Universidad de Chicago: Lei Xu, un estudiante graduado, ha sido el principal investigador; los profesores Wendy Zhang y Sidney Nagel han colaborado con él.
"Era un caso típico de no poder ver algo porque no es aparente a simple vista, como 'La Carta Robada' de Edgar Allan Poe" -comenta Wendy Zhang, Profesora Adjunta de Física en la citada universidad-. "Las cosas que están delante de ti son difíciles de ver porque lo están todo el tiempo".
El descubrimiento podría llevar a aplicaciones en situaciones tecnológicas donde ocurren salpicaduras, incluyendo la combustión de combustibles líquidos, la impresión por chorro de tinta y el lavado industrial.
"En un motor, se 'desmenuza' la gasolina en millones de partículas, que son quemadas en una cámara, generándose una explosión controlada. Eso se hace continuamente en los automóviles. Una presión de gas más alta podría hacer un mejor trabajo de ruptura del combustible en partículas más pequeñas y uniformes. Pero determinar esto requeriría experimentos que simulen con más precisión el proceso de salpicadura cuando ocurre bajo las condiciones de combustión del combustible.
 | | Secuencia de fotografías de una gota de alcohol chocando contra una superficie lisa y seca de cristal. ((Foto: Lei Xu, University of Chicago)) |
El camino de Xu hasta el descubrimiento empezó con un experimento diseñado para estudiar la distribución de la energía en las muchas partículas que vuelan lejos de una gota que se rompe por impacto. El experimento mostró que después de que una gota golpea una superficie plana y seca, ésta forma una delgada capa que se rompe en miles de pedazos. Xu repitió entonces el experimento en una cámara de vacío y bajó la presión del aire. Él y Nagel pensaban que la fuerza de arrastre del aire circundante podría tener algún papel en el proceso de ruptura.
"Una vez que bajamos la presión, hicimos el experimento y descubrimos que no había salpicadura alguna" -explica Xu-. "Entonces nos dimos cuenta de que esto era mucho más interesante que la distribución de energía. Por eso, nos propusimos investigar el papel del aire en este proceso".
Investigadores de este campo no habían visto previamente ninguna razón para que la baja presión atmosférica afectase a los resultados de sus experimentos de salpicadura. Hasta el experimento de Lei, la idea en este campo era que, por supuesto, el aire no hace nada porque es menos denso y viscoso que el agua.
Los investigadores generalmente enfocaban su atención hacia la interacción entre la gota que se extiende sobre la superficie y la propia superficie contra la que choca la gota. Sus experimentos cuidadosamente controlados produjeron grandes volúmenes de datos pero poca comprensión del mecanismo fundamental de formación de salpicaduras.
"Una de las cosas más notorias en la comunidad de estudio de salpicaduras es que es muy difícil reproducir el experimento de otro" -confiesa Zhang-. "La gente ha trabajado en esto durante más de cien años, y ha sido sólo recientemente que entendemos lo bastante sobre los diferentes factores que afectan al proceso como para poder reproducir los resultados".
Los físicos de Chicago aislaron los efectos de la presión del aire sobre el proceso de salpicadura mediante una esmerada serie de experimentos que involucran cuatro gases y tres líquidos diferentes. Los gases seleccionados fueron: helio, aire, kriptón y hexafluoruro de azufre, citados del más ligero al más pesado. Los fluidos (metanol, etanol y 2-propanol) tienen baja tensión superficial, la fuerza que hace que una capa de líquido forme una gota.
Xu probó también con salpicaduras de agua. Exhibió la misma conducta, pero su tensión superficial más alta reduce el rango de la velocidad del impacto que forma las salpicaduras y crea un margen mucho más grande para el error experimental.
"Es mucho más difícil hacerla salpicar que el etanol", confiesa Xu. Éste encontró que podía controlar con precisión la cantidad de salpicadura ajustando la presión. El próximo paso que prevé Xu es estudiar los resultados de la salpicadura bajo escenarios experimentales que involucren gotas muy grandes o muy pequeñas, o gotas que viajen a velocidades más altas.
Entretanto, Nagel y sus colegas han completado otro capítulo en su programa continuado de investigación que examina la sorprendente física de los fenómenos cotidianos. "Si miras cualquier cosa en la naturaleza con un poco más de atención de lo usual, esto te lleva a nuevos discernimientos y nuevos fenómenos. Es inagotable. Nunca puedes decir que has terminado".
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