¿Por qué moja el agua? La física de fluidos inunda nuestras vidas

«El agua moja» es una expresión que se utiliza como sinónimo de lo obvio. Pero, ¿podemos explicar por qué? Es hora de tener ganas de visitar este fenómeno y muchos otros fenómenos cotidianos utilizando la física de fluidos.

La física de fluidos surgió como disciplina formal en el siglo XVI para contradecir algunos de los enfoques de Aristóteles. Según el filósofo, la naturaleza no aprobaba la existencia del vacío. Pero Pascal y otros abordaron la cuestión desde el punto de vista opuesto. Para escudriñar la ausencia de materia, era necesario estudiar la materia misma.

El encargo de Pascal a su cuñado de subir a la cima de un volcán extinto con dos barómetros de mercurio corrobora los experimentos sobre el peso de la atmósfera y la existencia del vacío realizados por su antecesor Torricelli. Y eso abrió una enorme compuerta de conocimiento.

Los fluidos son gases y líquidos, tanto el humo de una chimenea como el agua. Todas estas son sustancias con fuerzas tan débiles entre sus partículas que no pueden recuperar su forma si la pierden.

De la pasta de dientes a la Fórmula 1

Pero, ¿dónde encontramos la física de fluidos en las rutinas diarias? Por ejemplo, en la forma en que se transmiten los cambios de presión entre dos puntos de un fluido. Con esto conseguimos sacar el dentífrico del tubo utilizando el mismo principio que acciona la jeringa y los frenos hidráulicos.

Si nos atrevemos a generalizarlo para fluidos en movimiento, encontramos, a la manera de Bernoulli, la explicación del efecto suelo de los coches de Fórmula 1 -que hace que el vehículo se pegue al asfalto para mejorar su aerodinámica- o cómo las marmotas refrescan sus madrigueras. De hecho, estas leyes se aplican a cualquier proceso de succión, como la alimentación con pezón.

Otro ambiente milenario relacionado con los fluidos es la medicina. Cualquier anestesiólogo debe tener un conocimiento sólido de la física de los líquidos y gases para operar catéteres o sistemas de ventilación. Médicos son también los hermanos Weber, expertos en la circulación de la sangre, cuya mágica viscosidad hace que fluya más lentamente cerca de las paredes de los vasos, como también ha demostrado Pouiseille.

Es lo mismo que sucede cuando movemos una galleta sobre la superficie de una natilla en un bol. Cuanto menos líquido haya en el recipiente, más fácil será moverlo. Así es también como se comportan las placas tectónicas cuando se mueven a través del manto terrestre, una de las muchas aplicaciones de la física de fluidos a la geología. Curiosamente, ambas ciencias van de la mano con la vida cotidiana a través de la física de fluidos. Otro vínculo es la ley de Darcy para el paso de un líquido a través de un medio poroso, que puede ser un suelo arenoso pero también el grano molido de una cafetera italiana.

Sin salir de la cocina, pero volviendo a lo pegajoso, todavía tenemos algunos ejemplos tentadores para citar. Cuando el ketchup encerrado en la botella recibe un golpe preciso, fluye más fácilmente. La masa, junto con el yogur, la mayonesa y otros alimentos viscosos, entra en no newtonianosLlamados así porque son físicamente más complejos que aquellos con los que el gran genio se sumergió en esta subdisciplina física cuando se dispuso a iniciarla con su sabiduría.

Entre estufas, es fácil para nosotros experimentar con el efecto de las condiciones físicas sobre los fluidos en general. Esto queda muy claro cuando observamos que la miel fluye más fácilmente cuando se calienta. Esto nuevamente nos dice cuántos bordes cubrir al estudiar física de fluidos.

¿Por qué los fluidos se comportan como fluidos?

Sin embargo, los ejemplos dados no son excusas para evitar el tema original. ¿Por qué el agua moja, mancha el aceite y mancha la tinta? Se debe a las fuerzas de adhesión. Es decir, la afinidad entre sustancias líquidas y sólidas.

Esto se traduce en que al poner un tejido en contacto con estos líquidos, estos ascenderían desafiando la gravedad (fenómeno de capilaridad). Pero los líquidos son narcisistas. Sienten un tremendo apego a sí mismos: las fuerzas de cohesión. Esto genera la llamada tensión superficial, responsable de formar gotas de agua y otros líquidos y mantener su forma esférica. Las hormigas obreras lo utilizan para transportar agua a su colonia.

¿Te gustaría brindar conmigo para celebrar tanta ciencia? Por eso los invito a observar las lágrimas en el vino, otra consecuencia de la tensión superficial.

Desafortunadamente, solo puedo cubrir la amplitud de la física de fluidos en unos pocos trazos. Mientras lo digo, recuerdo que el hecho de que la pintura sea un fluido no newtoniano hizo posible que se inventara el gotelé. Pero no vale la pena enredarse en la nostalgia y dejar de lado asuntos de absoluta urgencia y actualidad.

La física de fluidos es esencial para explicar una amplia gama de fenómenos atmosféricos y oceanográficos. Y niega que el derretimiento de los glaciares esté causando el aumento del nivel del mar. El argumento utiliza el principio de Arquímedes, el mismo principio que mantiene a flote a los barcos de exploración en este campo científico. En este contexto, me gustaría señalar que el cambio climático hace que los vuelos sean más sensibles al fenómeno de la turbulencia.

Pero luego estaría muy tentado de hacerlo visual recurriendo a Humphrey Bogart. Tomaría así su imagen fumando un cigarro y soltando una columna de humo que se convierte en un festival de giros y vueltas.

Mejor dale un respiro a la audiencia. Y sirva la metáfora para recomendar prudencia mientras el covid-19 siga entre nosotros. Para lograr este objetivo, la física de fluidos seguirá apoyando brillantemente a otras disciplinas y enseñándonos sobre las gotas y sus movimientos.

Ruth Lazkoz, profesora de física teórica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo apareció originalmente en The Conversation. Lea el original.