Científicos del MIT han tomado videos de alta velocidad de gotas que salpican en una piscina profunda, para rastrear cómo evoluciona el fluido, por encima y bajo el agua, cuadro a cuadro de milisegundo.
Su trabajo podría ayudar a predecir cómo las gotas que salpican, como las de las tormentas y los sistemas de riego, pueden impactar en las superficies acuosas y aerosolizar partículas superficiales, como el polen en los charcos o los pesticidas en la escorrentía agrícola.
La lluvia puede caer en caída libre a velocidades de hasta 40 kilómetros por hora. Si las gotas caen en un charco o estanque, pueden formar una salpicadura similar a una corona que, con suficiente fuerza, puede desalojar cualquier partícula de la superficie y lanzarla al aire.
El equipo llevó a cabo experimentos en los que arrojaron gotas de agua de varios tamaños y desde varias alturas en una piscina de agua. Utilizando imágenes de alta velocidad, midieron cómo se deformaba la piscina de líquido cuando la gota que impactaba golpeaba la superficie de la piscina.
En todos sus experimentos, observaron una evolución común de las salpicaduras: cuando una gota caía en la piscina, se empujaba hacia abajo para formar un "cráter" o cavidad. Casi al mismo tiempo, una pared de líquido se elevaba por encima de la superficie, formando una corona.
Curiosamente, el equipo observó que pequeñas gotas secundarias eran expulsadas de la corona antes de que esta alcanzara su altura máxima. Toda esta evolución ocurre en una fracción de segundo.
Los científicos han capturado instantáneas de salpicaduras de gotas en el pasado, como la famosa "Corona de gotas de leche", una foto de una gota de leche en medio de una salpicadura, tomada por el difunto profesor del MIT Harold Edgerton, quien inventó una técnica fotográfica para capturar objetos que se mueven rápidamente.
MODELAR TODA LA DINÁMICA
El nuevo trabajo representa la primera vez que los científicos han utilizado imágenes de tan alta velocidad para modelar toda la dinámica de salpicadura de una gota en una piscina profunda, combinando lo que sucede tanto por encima como por debajo de la superficie.
El equipo ha utilizado las imágenes para recopilar nuevos datos fundamentales para construir un modelo matemático que predice cómo se transformará y fusionará la forma de una gota al impactar en la superficie de una piscina. Planean utilizar el modelo como base para explorar hasta qué punto una gota que salpica podría arrastrar y lanzar partículas desde la piscina de agua.
"Los impactos de las gotas sobre las capas de líquido son omnipresentes", dice en un comunicado la autora del estudio Lydia Bourouiba, profesora de los departamentos de Ingeniería Civil y Ambiental e Ingeniería Mecánica del MIT, y miembro principal del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica (IMES).
"Estos impactos pueden producir miríadas de gotas secundarias que podrían actuar como portadoras de patógenos, partículas o microbios que se encuentran en la superficie de piscinas impactadas o cuerpos de agua contaminados. Este trabajo es clave para permitir la predicción de las distribuciones de tamaño de las gotas y, potencialmente, también lo que dichas gotas pueden transportar consigo".
Bourouiba y sus alumnos han publicado sus resultados en el Journal of Fluid Mechanics.
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