Gotas de líquido persiguiéndose en una superficie

Gotas de líquido persiguiéndose en una superficie

Gotas de líquido persiguiéndose en una superficie

Nate Cira/Adrien Benusiglio/Manu Prakash

Todos conocemos las características básicas de los líquidos, especialmente del agua. Cuando colocamos una gota de agua sobre una superficie, interactuará con la superficie, a menudo extendiéndose en lo que se denomina «mojar». Recientemente, los científicos de la Universidad de Stanford descubrieron un fenómeno un poco más divertido que mojar: gotitas de líquido que bailan espontáneamente. En particular, descubrieron que las gotas de colorante alimentario que contienen propilenglicol (PG) mezcladas con agua se mueven espontáneamente a través de portaobjetos de vidrio, creando patrones intrincados.

Debido a este comportamiento inusual, estos científicos querían comprender la causa raíz de esta movilidad espontánea a través de estudios experimentales y computacionales. Descubrieron que el agua pura y el PG puro se derramaron por completo en los portaobjetos de vidrio limpios, lo que se esperaba. Sin embargo, cuando se mezclaron estos dos componentes, el líquido se esparció mucho menos.

Cuando dos gotitas con diferentes concentraciones de PG se colocaron una al lado de la otra, con el tiempo se atrajeron, interactuaron, pero nunca se fusionaron. Por el contrario, cuando dos gotitas con la misma concentración de PG se colocaron una al lado de la otra, fueron atraídas y finalmente se fusionaron. Después de la colisión, las gotitas a veces parecían «perseguirse» unas a otras. En ambos casos, las gotas se movieron más rápido cuando se acercaron unas a otras.

Puedes ver cómo las gotas se persiguen entre sí en un pequeño estadio.

¿Qué podría estar causando este comportamiento? Algunas pistas se hicieron evidentes cuando los investigadores soplaron las gotas y descubrieron que en realidad cambiaba su capacidad de propagación. En experimentos controlados, verificaron este fenómeno y encontraron que las gotas se esparcen por completo bajo una humedad relativa saturada.

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Las perlas trazadoras colocadas en las gotitas de líquido mostraron que el movimiento del fluido estaba organizado. Estos estudios revelaron un flujo interno de centro a borde a lo largo de la parte inferior de la gota y flujo de borde a centro a lo largo de la parte superior de la gota. El equipo cree que este flujo puede explicarse por la evaporación de la mezcla agua-PG; la molécula más volátil, el agua, se evapora más rápido que la menos volátil, PG. Debido a que la evaporación también ocurre más rápido en los límites que a granel, la concentración de PG en el límite es más alta que en el resto de la gota, lo que detiene la dispersión del líquido.

Los investigadores creen que la capacidad de estas gotas aisladas para interactuar entre sí puede deberse a interacciones de largo alcance mediadas por vapor. Como el agua se evapora más rápido, cada gota genera un gradiente de humedad que se extiende hacia el exterior. Cuando dos gotas están muy cerca, pueden estar dentro del gradiente de humedad de cada una, lo que les permite influir en el comportamiento de las demás. Debido a que la tasa de evaporación del agua disminuye cuando se coloca en un ambiente húmedo, estar dentro del gradiente de humedad de otra gota interrumpe la simetría del proceso de evaporación. Como resultado, las gotas terminan moviéndose unas hacia otras.

En el caso de las gotas que se «perseguían» entre sí, los científicos demostraron que durante la colisión, intercambiaron líquido, lo que resultó en una diferencia en la tensión superficial de las dos gotas. Piensan que esta diferencia en la tensión superficial es lo que hace que la gota con menor tensión superficial siga a la gota con mayor tensión superficial, que luego se aleja.

Naturaleza2015. DOI: 10.1038/nature14272 (Acerca de los DOI).

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