Un hipnotizante video muestra a una gota dividiéndose en miles de partes uniformes

La desintegración de gotas de una mixtura de agua y alcohol en partículas más pequeñas. El diámetro de la mancha es de tan solo algunos centímetros. L. Keiser et al. / PRL, 2017

 

Físicos de Francia y Bélgica describieron cómo se divide una gota de una mixtura de agua y alcohol sobre una superficie aceitosa. Además, determinaron cómo sería el tamaño de las partículas resultantes, ya que los autores lograron (con una formulación precisa de la mixtura)  que el proceso de evaporación produzca miles microgotas uniformes. El procedimiento se puede utilizar para obtener rápidamente decenas de millones de gotas microscópicas, que podrían ser necesarias para eliminar sustancias contaminantes. La investigación fue publicada en la revista Physical Review Letters, cuyo resumen está disponible en Physics.

Los procesos dinámicos de los líquidos se describen bajo el sistema de ecuaciones diferenciales, en especial, con las ecuaciones de Navier-Stokes. Pero hasta ahora, estas ecuaciones no solamente no podían resolver casos generales, sino que tampoco se podía determinar si estas ecuaciones tendrían una solución sencilla. Así, la descripción de procesos muy simples, como la distribución de las gotas de un líquido, podían complicarse considerablemente. Es por ello que los investigadores experimentaron con procesos de distintos líquidos, obteniendo resultados que describieron como fenómenos bonitos y raros. Por ejemplo, en 2016, físicos de la Universidad de Princeton, inspirados por el trabajo del fotógrafo Ernie Button, describieron el proceso de evaporación de una gota de whiskey, que lleva a la formación de figuras virtualmente uniformes (la distintiva forma conocida como “anillos de café”). 

Ruptura de la gota de una mezcla de agua y alcohol sobre una superficie de aceite vegetal. 

Los autores de este nuevo trabajo estudiaron el comportamiento de la gota de una mixtura de agua y alcohol sobre una superficie de aceite. Como estos líquidos no se mezclan, la forma de la gota estaba determinada por la fuerza de tensión en la superficie con los bordes del aire y el aceite. Estas fuerzas pueden variar considerablemente dependiendo del contenido de la mixtura, por ello, la gota podía esparcirse en capas delgadas sobre el aceite o, por el contrario, mantenerse como una única pelota compacta. 

La fuerza de la tensión superficial cambia con el tiempo debido a la volatilidad del alcohol. Y dado que la tensión superficial del agua es mucho más fuerte que la del alcohol, la evaporación conduce a un gradual incremento de la tensión. Además, la evaporación es mucho mayor en los bordes que al centro de la gota, haciendo que el flujo del líquido se vaya a los bordes, fenómeno que es conocido como el efecto Marangoni. La reducción simultánea del tamaño de la gota conlleva a una ruptura de la misma en fragmentos diminutos. 

Durante el experimento, los científicos utilizaron una mixtura de isopropanol con agua. Más específicamente, la ruptura se dio con un contenido de 35% de isopropanol en la mixtura. Al controlar la concentración de alcohol, los físicos aprendieron a medir el tamaño de las gotas microscópicas resultantes, que se presentaron con un diámetro que podía ir desde unas cuantas micras hasta milímetros. 

Anteriormente, físicos franceses y británicos descubrieron cómo reducir la salpicadura de una gota al caer sobre una superficie dura. El hallazgo permitiría crear superficies a prueba de salpicaduras para trabajar con fármacos y sustancias líquidas peligrosas.

 

Vladimir Koroliev
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