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Jueves, 25 octubre 2012
Física

El inesperado crecimiento de las gotas de agua

Las cosas más cotidianas, como en este caso las gotas de agua, a veces encierran misterios. Uno de ellos está ahora siendo desentrañado gracias a la primera investigación minuciosa sobre qué leyes obedecen las gotas de agua cuando se originan al condensarse el vapor y crecen en tamaño.

En esta investigación, las simulaciones digitales y los experimentos que se han llevado a cabo muestran, entre otras cosas, que la fase inicial del crecimiento de las gotas se desarrolla de manera diferente a lo que se pensaba: Las gotas más pequeñas crecen notablemente más rápido en comparación con sus hermanas más grandes. Este nuevo conocimiento será de especial importancia para las tecnologías de irrigación y de refrigeración.

Cuando la humedad entra en contacto con una superficie lo bastante fría, entonces ocurre lo siguiente: Las moléculas de agua individuales primero se agrupan en diminutas gotas, de apenas unos micrómetros de tamaño. Mientras éstas crecen, constantemente gotas diminutas vuelven a poblar el espacio entre ellas, hasta llegar a fundirse con las grandes si entran en contacto.

Hasta ahora, los científicos habían asumido que la distribución de frecuencias de tamaños de las gotas seguía una ley de potencias. Según esto, independientemente de si la fase de crecimiento implicada es temprana, la media o la tardía, la mayoría de las gotas son pequeñas, y cuanto más grandes se hacen, menos abundantes son. Estos tipos de leyes de potencias describen numerosas distribuciones en la naturaleza y en la tecnología, por ejemplo los tamaños de los cráteres en la Luna, la distribución de frecuencias de los elementos químicos en la corteza de la tierra, y hasta la de las palabras en los textos.

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Sin embargo, los resultados más recientes del equipo de Jürgen Vollmer, del Instituto Max Planck para la Dinámica y la Autoorganización en Gotinga, Alemania, muestran que la ley no describe acertadamente todas las fases de crecimiento de las gotas. La conducta de las gotas no sigue los mandatos de la teoría de escalas, especialmente al principio de su crecimiento (en la niñez temprana de las gotas, por así decirlo). Obviamente, hay muchas más gotas pequeñas que grandes, lo que no contradice los preceptos anteriores. Lo que ocurre es que hay menos de las que cabría esperar según las leyes que se le atribuían.

Para explicar los nuevos resultados, debe observarse muy cuidadosamente el crecimiento de una gota. Los tres mecanismos fundamentales conocidos por los que una gota existente puede aumentar de tamaño son:

1) Dos gotas que son más o menos del mismo tamaño se pueden unir en una sola.

2) Una gota pequeña puede crecer hasta que su borde toca el borde de otra gota significativamente más grande y es absorbida por ésta.

3) Las gotas pueden crecer mediante la precipitación.

Al principio, las gotas pequeñas todavía se encuentran ampliamente separadas y por consiguiente capturan el producto de la precipitación con gran eficiencia. El agua que aterriza en sus inmediaciones tiende a migrar sobre la superficie hacia ellas, lo que acelera su crecimiento.

Cerca del final del proceso de crecimiento, ya hay tantas gotas cerca que las vecinas absorben estos "impactos indirectos". En cambio, las gotas especialmente grandes raras veces se encuentran con gotas más grandes, por lo que es poco probable que sean tragadas.

En la investigación también han trabajado Bjorn Hof, Tobias Lapp y Johannes Blaschke.

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