En el siglo XVI, Leonardo da Vinci describió por primera vez un fenómeno fascinante relacionado con el agua que más tarde se conoció como el salto hidráulico. Y apenas cinco siglos después, los científicos finalmente explicaron por qué sucede.
Este salto no es una propiedad oscura que solo es visible para los científicos. Realmente solo necesitas entrar a tu cocina o meterte en la ducha para verlo.
Si abre una llave, observe lo que sucede cuando el agua golpea la superficie del fregadero. Crea una capa circular de agua muy delgada, de flujo rápido, rodeada por un anillo concéntrico más espeso de agua turbulenta. Un salto hidráulico se refiere al punto donde el agua se eleva y forma la capa más gruesa.
A partir de 1819 con el matemático italiano Giorgio Bidone, muchos investigadores han tratado de explicar qué causa el salto del agua de esta manera. Pero todas las explicaciones y ecuaciones hasta la fecha se han basado en la gravedad como la fuerza principal, dijo el autor principal Rajesh K. Bhagat, un candidato a doctorado en el departamento de ingeniería química y biotecnología de la Universidad de Cambridge en Inglaterra.
Para descartar la gravedad, Bhagat y su equipo realizaron un experimento simple. Golpearon una superficie plana y horizontal con un chorro de agua para crear un simple salto hidráulico, del mismo tipo que verías si abrieras el agua en el fregadero de la cocina. Pero luego, inclinaron esta superficie de varias maneras: verticalmente, en un ángulo de 45 grados y horizontalmente, de modo que al final, el chorro de agua golpearía una superficie que se convertiría en un techo. Para capturar el salto inicial, registraron lo que sucedió con las cámaras de alta velocidad.
En todos los casos, el salto hidráulico ocurrió en el mismo punto. En otras palabras, la capa interna delgada y de rápido movimiento era del mismo tamaño, sin importar en qué orientación estuviera el avión. Si la gravedad hubiera provocado los saltos, el agua habría sido "distorsionada" en cualquiera de los planos además del horizontal. , Dijo Bhagat. "Este simple experimento demuestra que es cualquier cosa menos gravedad".
La nueva teoría no está abajo con la gravedad
Para estudiar las otras fuerzas que podrían haber estado en juego, los investigadores variaron la viscosidad de la corriente de agua, una medida de cuánto puede resistir el flujo, mezclándola con glicerol, un tipo de alcohol con una tensión superficial similar a la del agua, pero eso es 1,000 veces más viscoso que el agua.
También mantuvieron la viscosidad constante y redujeron la tensión superficial, la fuerza atractiva que mantiene unidas las moléculas líquidas en la superficie, al mezclar un ingrediente común en detergente llamado dodecilbencenosulfonato de sodio (SDBS). Finalmente, variaron tanto la viscosidad como la tensión superficial mezclando agua y propanol, otro tipo de alcohol, de modo que la solución era un 25 por ciento más viscosa que el agua pura pero tenía una tensión superficial tres veces más débil.
Esto permitió a los investigadores aislar la influencia de cada fuerza, dijo a Live Science el autor principal Ian Wilson, profesor de sólidos blandos y superficies, también de la Universidad de Cambridge.
El punto es ser "capaz de predecir dónde comienza esta transición entre una película delgada y una película gruesa", dijo Wilson. Muchas de las teorías anteriores no podían hacer eso, porque la ubicación del salto hidráulico cambia una vez que la capa gruesa golpea algún tipo de borde, como el borde del fregadero.
El salto ocurre en el lugar donde las fuerzas de la tensión superficial y la viscosidad se suman y equilibran el impulso del chorro de líquido, encontraron los autores.
Saber dónde se produce este salto por primera vez podría tener aplicaciones en la industria, dijo Wilson. La capa delgada que se forma antes del salto tiene mucha más fuerza que la capa más gruesa, lo que hace que el área más delgada sea más eficiente en la transferencia de calor.
Los chorros de agua de alta velocidad se utilizan en aplicaciones industriales, como la limpieza en el procesamiento de la leche y el enfriamiento de las palas de las turbinas de los aviones o semiconductores de silicio, dijo Bhagat. A menudo, en estas aplicaciones, los chorros de agua intermitentes son más eficientes, dijo Wilson. Para mejorar la eficiencia de estos chorros intermitentes, debe poder predecir dónde ocurren los saltos hidráulicos iniciales, dijo.
