El gas circundante determina la evolución de las gotas al chocar

¿Por qué la silueta que adopta una gota de café o de leche tras impactar contra la mesa del desayuno es, a veces circular y otras veces estrellada? La respuesta está relacionada con las intrincadas condiciones que determinan cuándo una gota que impacta contra un sustrato sólido mantiene su integridad tras el choque o bien se fragmenta en trozos muchos más pequeños, experimentando lo que se conoce como la transición al splash.

“Hemos demostrado que el ‘splash’ solo ocurre cuando las velocidades verticales que induce la aparentemente irrelevante presencia de la atmósfera gaseosa sobre la extremadamente fina y veloz lámina de líquido que es expulsada tras el impacto, superan a la velocidad de retracción causada por las fuerzas cohesivas del líquido”, informa el profesor José Manuel Gordillo.

Junto al también profesor del Grupo de Investigación: Mecanica de Fluidos de la Universidad de Sevilla Guillaume Riboux, han realizado un estudio elegido por los editores de la revista Physics Review Letters como trabajo sugerido a los lectores y portada web.

Helio y baja presión para eliminar el splash

Una de las consecuencias más impactantes de la teoría de Riboux y Gordillo es que, por primera vez, se puede explicar la conocida observación experimental que indica que el splash puede suprimirse cuando el aire es sustituido por helio o bien cuando se reduce la presión atmosférica.

Para explicar el fenómeno estos investigadores han tenido que modificar la expresión clásica de la fuerza de sustentación aerodinámica y adaptarla a las minúsculas escalas de longitud que caracterizan la lámina, teniendo en cuenta el efecto de las fuerzas de lubricación del gas sobre el líquido.

Estas fuerzas adicionales son, sorprendentemente, muy dependientes del camino libre entre las moléculas del gas. La escala de longitud es, típicamente, un millón de veces menor que el diámetro de la gota.

Los estudios sobre el impacto de las gotas tienen implicaciones en aplicaciones tecnológicas, desde la impresión por tinta hasta la combustión o la dispersión de patógenos en plantaciones.

Referencia bibliográfica:

Guillaume Riboux y José Manuel Gordillo. «Experiments of Drops Impacting a Smooth Solid Surface: A Model of the Critical Impact Speed for Drop Splashing». Phys. Rev. Lett. 113: 024507, 2014.

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