Vova Krasen
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En el siglo XVI, Leonardo da Vinci describió por primera vez un fenómeno fascinante relacionado con el agua que luego se conoció como el salto hidráulico. Y apenas cinco siglos después, los científicos finalmente han explicado por qué sucede..
Este salto no es una propiedad oscura que solo sea visible para los científicos. Realmente solo necesitas entrar a tu cocina o meterte en la ducha para verlo.
Si abre un grifo, observe lo que sucede cuando el agua golpea la superficie del fregadero. Crea una capa circular de agua muy fina, de flujo rápido, rodeada por un anillo concéntrico más grueso de agua turbulenta. Un salto hidráulico se refiere al punto donde el agua sube y forma la capa más gruesa. [Imágenes: las ecuaciones más bellas del mundo]
A partir de 1819 con el matemático italiano Giorgio Bidone, muchos investigadores han tratado de explicar qué provoca que el agua salte de esta forma. Pero todas las explicaciones y ecuaciones hasta la fecha se han apoyado en la gravedad como la fuerza principal, dijo el autor principal Rajesh K. Bhagat, candidato a doctorado en el departamento de ingeniería química y biotecnología de la Universidad de Cambridge en Inglaterra..
Sin embargo, Bhagat y su equipo descubrieron recientemente que la gravedad apenas tiene nada que ver con estos saltos hidráulicos. Más bien, las fuerzas principales detrás de ellos son la tensión superficial y la viscosidad, informaron en su estudio, que se publicó en línea el 31 de julio en la revista Journal of Fluid Mechanics..
Para descartar la gravedad, Bhagat y su equipo realizaron un experimento sencillo. Golpearon una superficie plana y horizontal con un chorro de agua para crear un salto hidráulico simple, el mismo que vería si abriera el agua en el fregadero de la cocina. Pero luego, inclinaron esta superficie de varias maneras: verticalmente, en un ángulo de 45 grados y horizontalmente, de modo que al final, el chorro de agua golpeara una superficie que se convirtió en un techo. Para capturar el salto inicial, grabaron lo sucedido con cámaras de alta velocidad..
En todos los casos, el salto hidráulico ocurrió en el mismo punto. En otras palabras, la capa interior delgada y de rápido movimiento era del mismo tamaño sin importar en qué orientación estuviera el avión. Si la gravedad hubiera causado los saltos, el agua se habría "distorsionado" en cualquiera de los planos además del horizontal. , Dijo Bhagat. "Este simple experimento demuestra que es cualquier cosa menos gravedad".
La nueva teoría no cae con la gravedad
Para estudiar las otras fuerzas que podrían haber estado en juego, los investigadores variaron la viscosidad de la corriente de agua, una medida de cuánto puede resistir el flujo, mezclándola con glicerol, un tipo de alcohol con una tensión superficial similar a la del agua, pero eso es 1,000 veces más viscoso que el agua.
También mantuvieron la viscosidad constante y redujeron la tensión superficial, la fuerza atractiva que mantiene unidas las moléculas líquidas en la superficie, al mezclar un ingrediente común en un detergente llamado dodecil benceno sulfonato de sodio (SDBS).. Finalmente, variaron tanto la viscosidad como la tensión superficial mezclando agua y propanol, otro tipo de alcohol, de modo que la solución era un 25 por ciento más viscosa que el agua pura pero tenía una tensión superficial tres veces más débil..
Esto permitió a los investigadores aislar la influencia de cada fuerza, dijo el autor principal Ian Wilson, profesor de sólidos blandos y superficies, también en la Universidad de Cambridge. .
El punto es poder "predecir dónde comienza esta transición entre una película delgada y una película gruesa", dijo Wilson. Muchas de las teorías anteriores no podían hacer eso, porque la ubicación del salto hidráulico cambia una vez que la capa gruesa golpea algún tipo de borde, como el borde del fregadero..
El salto ocurre en el lugar donde las fuerzas de la tensión superficial y la viscosidad se suman y equilibran el impulso del chorro de líquido, encontraron los autores..
Saber dónde ocurre este salto por primera vez podría tener aplicaciones en la industria, dijo Wilson. La capa delgada que se forma antes del salto lleva mucha más fuerza que la capa más gruesa, lo que hace que el área más delgada sea más eficiente para transferir calor..
Los chorros de agua de alta velocidad se utilizan en aplicaciones industriales, como la limpieza en el procesamiento de leche y el enfriamiento de álabes de turbinas de aviones o semiconductores de silicio, dijo Bhagat. A menudo, en estas aplicaciones, los chorros de agua intermitentes son más eficientes, dijo Wilson. Para mejorar la eficiencia de estos chorros intermitentes, debe poder predecir dónde ocurren los saltos hidráulicos iniciales, dijo..
Publicado originalmente el .