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Superpropulsión de Gotitas de Agua

La dinámica de fluidos es una de las cosas más complejas e interesantes de la física. Las imágenes a cámara lenta de gotas cayendo sobre el agua pueden darnos una idea de lo que ocurre. Y la física básica del flujo de fluidos se expresa mediante antiguas ecuaciones escritas en el siglo XIX. Sin embargo, esas ecuaciones no lineales son muy difíciles de descifrar y aún hoy deben ser desveladas. Muchos aspectos sorprendentes de la dinámica de fluidos están esperando a ser explorados por completo, y las gotas son uno de ellos.

Las olas siguen a nuestra embarcación mientras serpenteamos por el lago, y las corrientes de aire turbulentas siguen nuestro vuelo en un avión moderno. Los matemáticos y los físicos creen que se puede encontrar una explicación [...] mediante la comprensión de las soluciones de las ecuaciones de Navier-Stokes. Aunque estas ecuaciones se escribieron en el siglo XIX, nuestra comprensión de ellas sigue siendo mínima. El reto consiste en avanzar sustancialmente hacia una teoría matemática que desvele los secretos que esconden las ecuaciones de Navier-Stokes.

Millennium Prizes, http://www.claymath.org/millennium-problems/navier-stokes-equation

Recientemente, un equipo de investigadores dirigido por Christophe Raufaste, ha descubierto que las gotas expulsadas por una superficie oscilante pueden, en ocasiones, viajar más rápido que la superficie que las expulsó. En su artículo publicado en la revista Physical Review Letters, el equipo describe los experimentos que realizaron lanzando agua desde una superficie superhidrofóbica. Más concretamente, investigan el comportamiento de las gotas y los objetos elásticos blandos impulsados con una catapulta.

(a) Secuencias de imágenes de una típica propulsión de gotas. En la fase inicial de la propulsión de la gota, la deformación de la gota no es homogénea, sino que se concentra en su parte inferior. En una etapa intermedia la deformación alcanza la parte superior de la gota. Posteriormente, la gota sale de la catapulta con una forma compleja y deformada. Durante su vuelo, se observan claramente los modos de oscilación de frecuencia f0. (b) Se construye un diagrama espacio-temporal a lo largo de la línea discontinua dibujada en la imagen t=0. Este Ilustra el movimiento oscilatorio de la placa de la catapulta y la diferencia entre la velocidad máxima de la placa y la velocidad de eyección de la gota.

En sus experimentos, demostraron que la velocidad de eyección depende tanto de la deformación del proyectil como de la dinámica de aceleración de la catapulta. De hecho, demostraron que las gotas de agua serán expulsadas de una superficie de agua sobre un trozo de plástico vibrante que se puede doblar. Y en algunos casos concretos, ¡algunas de esas gotas de agua pueden viajar más rápido en el aire que la base de plástico que las empujó!

Como una pelota de tenis, la gota rebotó al ser empujada fuera de la superficie.

Este efecto de superpropulsión tiene grandes potencialidades: accionamiento de gotas, clasificación de objetos según sus propiedades elásticas y ahorro de energía para los motores de propulsión.

Continúe leyendo en: https://phys.org/news/2017-09-oscillating-surface-faster.html

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