Aunque no seas un cocinero, seguro que te has preguntado alguna vez por qué si tomas una pizca de harina (o cualquier tipo de pequeñas partículas) y las sueltas en un cuenco con agua se dispersan rápidamente, en dirección radial, como si estuvieran explotando. Pushpendra Singh, doctor, profesor de ingeniería mecánica en el New Jersey’s Science & Technology University (NJIT) que ha estudiado y escrito sobre el fenómeno, no sólo ha pensado en ello sino que puede explicar por qué sucede.

Él dice que lo que se conoce como “fuerza hidrodinámica repulsiva que aparece a partir de la oscilación de las partículas” causa su dispersión. Una partícula atrapada en una superficie líquida vibra arriba y abajo desde su posición de equilibrio en la superficie, o interfase, donde el agua y el aire se encuentran. Cuando muchas partículas hacen esto a la vez, ocurre una dispersión explosiva.

Spontaneous Dispersion of Particles on Liquid Surfaces fue publicado el 11 de noviembre de este año en los Proceedings of the National Academy of Sciences, explica esta teoría. La National Science Foundation ha financiado esta investigación.

Singh dice que cuando las partículas diminutas, como la harina o el pólen, entran en contacto con la superficie de un líquido, se dispersan inmediatamente y forman una monocapa. Esta dispersión es tan rápida que parece explosiva, especialmente en la superficie de líquidos como el agua.

La dispersión explosiva es una consecuencia de la fuerza capilar empujando a las partículas hacia la posición de equilibrio en la interfase. Las fuerzas capilares hacen que las partículas aceleren muy rápido.

Nada más una partícula toca la interfase, se ve empujada sobre la superficie,

dice Singh.

Por ejemplo, si el ángulo de contacto es 90º, flota en el estado de equilibrio tal que la mitad está encima de la superficie y la mitad está debajo. En cambio si no se encuentra en esta posición, la fuerza capilar la forzará a que esté.

Lo interesante es que cuanto más pequeñas son, más deprisa se mueven. Para partículas del orden de nanómetros como virus o proteinas, la velocidad superficial en una interfase entre aire y agua puede ser tan alta como 167 kilómetros por hora.

Singh dice que el movimiento está dominado por la inercia debido a que la acción de la viscosidad -que actúa como la fricción- es muy pequeña. Compara la situación con un péndulo oscilando.

El péndulo oscilará muchas veces antes de que la fricción lo haga detenerse. Si la fricción es muy grande, entonces no oscilará.

afirma.

Eventualmente, las partículas que han estado oscilando alrededor del punto de equilibrio pueden detenerse, gracias al efecto de la viscosidad, que causa resistencia al movimiento.

Permíteme explicar algo sobre la viscosidad. Cuando un cuerpo, tal y como una pelota, se mueve en el seno del aire o de un líquido, encontrará una cierta resistencia a su movimiento. Esta resistencia es debida a la viscosidad. O míralo de este otro modo. Cuando una partícula es adsorbida a una superficie, adquiere una parte de la energía de la interfase liberada como energía cinética. Pas partículas disipan esta energía cinética oscilando desde su altura de equilibrio en la interfase. Esto hace aflorar a las fuerzas hidrodinámicas, la causa subyacente sobre por qué las partículas se dispersan.

Traducción libre de NJIT engineer discovers why particles disperse on liquids en Science Blog.