Física

La dinámica de los fluidos opera a escala nanométrica en el mundo cotidiano


(NC&T) Comprender el movimiento de los fluidos constituye la base para una tremenda cantidad de diseños y tecnologías en la vida contemporánea. Los aviones vuelan y los barcos navegan porque los científicos entienden las reglas de cómo se comportan los fluidos como el agua y el aire bajo condiciones variables.

Los principios matemáticos que describen estas reglas se establecieron hace más de 100 años, se conocen como las ecuaciones de Navier-Stokes, y son perfectamente conocidos y comprendidos por cualquier científico en este campo.

Pero ahora que los investigadores están profundizando en el reino de lo muy pequeño, surge una pregunta importante: ¿Cómo se comportan estas reglas cuando los fluidos y los flujos se miden en la escala nanométrica? ¿Se aplican las mismas reglas, o, dado que la conducta de los materiales en esta escala de dimensiones a menudo tiene poco que ver con su comportamiento en la escala macrométrica, deben ser descubiertas nuevas reglas?

Es bien conocido que los sistemas pequeños son influenciados por la aleatoriedad y el "ruido", más que los grandes sistemas. Por ello, el físico Uzi Landman, del Tecnológico de Georgia, razonó que modificando las ecuaciones de Navier-Stokes para incluir los elementos estocásticos, los que se refieren a la probabilidad de que suceda un evento, el resultado les permitiría describir con precisión el comportamiento de los líquidos en el ámbito nanométrico.

Dinámica de fluidos
Un nanopuente de propano líquido se rompe en un entorno de gas nitrógeno. (Foto: Georgia Tech/Uzi Landman)
En el año 2000, Landman y Michael Moseler desarrollaron experimentos de simulación por ordenador que demostraron que la formula estocástica de Navier-Stokes es válida para nanochorros de fluido y para nanopuentes en el vacío. También demostraron que la teoría de la dinámica de los fluidos podía modificarse para operar en la escala nanométrica, aunque en el vacío. Las predicciones teóricas de este trabajo inicial han sido experimentalmente confirmadas hace algunos meses por un equipo de científicos europeos. Ahora, Landman y Wei Kang han descubierto que modificando aún más las ecuaciones, pueden ser usadas para describir con precisión este comportamiento, en un ambiente de nuestro entorno cotidiano, no vacío.



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