La formaci贸n de gotas a partir de un hilo de agua es muy rica en f铆sica y verdaderamente hermosa. Fotograf铆a: Almudena M. Castro.A menudo, nuestros dibujos no se parecen demasiado a la realidad. Muchos de los iconos, ideogramas y memes gr谩ficos varios que utilizamos en nuestro d铆a a d铆a se han ido alejando de su referente, hasta que resulta dif铆cil identificarlos. Entre ellos, uno de los m谩s t铆picos es el de las gotas de agua.
A pesar de la creencia com煤n, las gotas no tienen esa forma ic贸nica, puntiaguda hacia arriba, con la que habitualmente se las representa. M谩s bien al contrario, suelen ser aproximadamente esf茅ricas. Esto se debe a la tensi贸n superficial del agua, que tiende a minimizar la superficie del l铆quido en contacto con el aire. Act煤a, por tanto, como si fuese una malla el谩stica, que aprieta su contenido en todas las direcciones por igual. La esfera es la figura que presenta una superficie m铆nima para un volumen dado y, por ese motivo, es la forma que adoptan las gotas en ausencia de otras fuerzas, como sucede en la Estaci贸n Espacial Internacional.
Desde el siglo XVIII, los fabricantes de balas y perdigones de plomo aprovecharon este fen贸meno1 para elaborar sus proyectiles. En 1782, el brit谩nico William Watts patent贸 un ingenioso sistema basado en lo que hoy conocemos como “torres de perdigones” (o shot towers, en ingl茅s). La idea consist铆a en dejar caer plomo fundido desde lo alto de estas edificaciones. El fluido ardiente atravesaba un tamiz que lo fragmentaba en peque帽as porciones. Al descender, las gotas de plomo se van enfriando y adoptan su forma esf茅rica, gracias a la tensi贸n superficial del fluido. Solo era necesario “capturar” esta figura. Para ello, se colocaban cubos de agua fr铆a en la base de la torre, que enfriaban y consolidaban la nuevas balas y perdigones, perfectamente sim茅tricos.
La idea era muy sencilla pero funcionaba a la perfecci贸n y, aunque probablemente William Watts no podr铆a haber ni imaginado que exist铆a un fen贸meno llamado “tensi贸n superficial”, su sistema abarat贸 enormemente los costes de fabricaci贸n de este tipo de proyectiles, que hasta entonces se hab铆an elaborado con ayuda de moldes.
Sin embargo, cuando caen con la lluvia, las gotas no son tan esf茅ricas como cabr铆a esperar (ni mucho menos, tan grandes como en la Estaci贸n Espacial Internacional). A medida que las primeras mini gotas se condensan en las nubes y empiezan a caer, van chocando con otras gotas y aumentan de tama帽o. Sin embargo, debido a la resistencia del aire, las m谩s grandes empiezan a deformarse. Poco a poco se achatan por debajo y adoptan una forma parecida a la de una hamburguesa. Llegado cierto punto cr铆tico, la tensi贸n superficial no es capaz de soportar la fuerza del aire. La malla el谩stica se rompe y la gota se descompone en otras m谩s peque帽as y mucho m谩s esf茅ricas. Estas, a su vez pueden crecer, deformarse, romperse, etc茅tera, etc茅tera.
De esta manera, la f铆sica de fluidos determina, no s贸lo la forma, sino tambi茅n el volumen posible de las gotas de lluvia2, que rara vez supera los 4 mm de di谩metro3. Las m谩s peque帽as, a partir de 0,5 mm de di谩metro, son siempre m谩s sim茅tricas y estables que las m谩s grandes, porque su “malla” resiste mejor la ca铆da.
¿Por qu茅 pintamos las gotas con sombrero entonces? Es dif铆cil saberlo con certeza. Pero esta forma alargada se parece a la de una gota arrastr谩ndose por una superficie. Como la de una l谩grima que recorre una cara. O quiz谩s, la de una gota a punto de desprenderse de un grifo.
Notas:
1Marcus du Sautoy lo cuenta en su libro “Symmetry”.
2Villermaux, E., Bossa, B. Single-drop fragmentation determines size distribution of raindrops. Nature Phys 5, 697–702 (2009). https://doi.org/10.1038/nphys1340
3No obstante, se han registrado hotas de hasta 8,8 mm de di谩metro. Esta super gota, en concreto, se encontraba en la base de una nube c煤mulo congestus en las cercan铆as del atol贸n de Kwajalein en julio de 1999. Ver Hobbs, Peter V.; Rangno, Arthur L. (July 2004). «Super-large raindrops». Geophysical Research Letters. 31 (13): L13102. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2004GL020167
Sobre la autora: Almudena M. Castro es pianista, licenciada en bellas artes, graduada en f铆sica y divulgadora cient铆fica