¿Cómo funciona una salpicadura de agua?

El doctor James Sprittles del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick, en Reino Unido, publicó en Physical Review Letters un estudio en el que mostraba sus hallazgos sobre la formación de las salpicaduras de agua.

Detrás de una simple salpicadura de agua, hay una ciencia muy compleja. Pero una investigación demostró lo que sucede durante una salpicadura de agua a nivel microscópico. Sprittles evidenciaba su hallazgo: una gota de líquido no cae de manera uniforme sobre una superficie. Lo que descubrió fue que la causante de las salpicaduras era una pequeña capa de aire que viajaba por debajo de la gota de agua. Una capa que queda atrapada entre la gota y la superficie, haciendo que la gota salga volando.

Qué es una salpicadura de agua

En mecánica de fluidos, una salpicadura es una alteración repentina de la superficie libre de un líquido (normalmente agua), que de otro modo estaría inactiva. La perturbación suele ser causada por un objeto sólido que golpea repentinamente la superficie, aunque pueden producirse salpicaduras en las que el líquido en movimiento suministra la energía.

Las salpicaduras se caracterizan por un flujo balístico transitorio y se rigen por el número de Reynolds y el número de Weber. Se pueden identificar gotas de agua en el aire que se mueven libremente, un fenómeno típico de los flujos de alto número de Reynolds; las intrincadas formas no esféricas de las gotitas muestran que el número de Weber es alto.

También se ven burbujas de aire arrastradas en el cuerpo del agua y un anillo de perturbación en expansión que se propaga lejos del lugar del impacto. Las salpicaduras a pequeña escala pueden producir formas simétricas que se asemejan a una corona. Especialmente las salpicaduras en las que una gota de líquido golpea una superficie libre ; la leche se usa a menudo porque es opaca.

A qué denominamos salpicadura

Este uso de la palabra es onomatopéyico; en el pasado se ha utilizado plash. Las salpicaduras también ocurren cuando una gota de líquido impacta sobre una superficie líquida o sólida. En este caso, generalmente se forma una corona simétrica como se muestra en la famosa fotografía de salpicaduras de leche de Harold Edgerton. Históricamente, Worthington (1908) fue el primero que investigó sistemáticamente la dinámica de las salpicaduras utilizando fotografías.

Se dice que la arena salpica si se golpea con suficiente fuerza. A veces, el impacto de un meteorito se denomina salpicadura, si se forman pequeños trozos de eyección. El físico Lei Xu y sus compañeros de trabajo de la Universidad de Chicago descubrieron que la salpicadura debida al impacto de una pequeña gota de etanol sobre una superficie sólida seca podía suprimirse reduciendo la presión por debajo de un umbral específico. Para gotas de 3,4 mm de diámetro que caen a través del aire, esta presión fue de aproximadamente 20 kilopascales, o 0,2 atmósfera.

La fina capa de aire bajo el agua

Cuando Sprittles se refiere a capa pequeña, concreta que cincuenta de esas capas invisibles tendrían un ancho igual a un cabello humano.

Sprittles capturó la dinámica microscópica del agua a través de la observación con una cámara a alta velocidad. Lo hizo en condiciones variables de viscosidad del líquido y presión del aire. Entre sus hallazgos encontró que cuando la presión del aire está en su punto más bajo, aumentaba la probabilidad de que la capa de aire pueda escapar y evitar los fenómenos de salpicaduras. Aparentemente esa es la razón por la que hay menos salpicaduras en un arroyo en la cima de una montaña, donde el aire es más delgado.

Nunca esperaría que un evento cotidiano aparentemente simple exhibiera tal complejidad“, dijo Sprittles. “El ancho de la capa de aire es tan pequeño que es similar a la distancia que recorren las moléculas de aire entre las colisiones. Por eso, los modelos tradicionales son inexactos y se requiere una teoría microscópica”.

Una teoría para un mayor conocimiento

Lo más prometedor es que esta teoría debería tener aplicaciones en una amplia gama de fenómenos relacionados, como en la ciencia del clima: para comprender cómo las gotas de agua chocan durante la formación de nubes o para estimar la cantidad de gas que arrastra la lluvia hacia nuestros océanos.