“El agua moja” es una frase que se utiliza como sinónimo de obviedad. Pero, ¿sabemos explicar por qué? Toca ponerse exquisitos para visitar ese y muchos otros fenómenos cotidianos usando la física de fluidos.
La física de fluidos surgió como disciplina formal en el siglo XVI para contradecir algunos planteamientos de Aristóteles. Según el filósofo, la naturaleza no aprobaba la existencia del vacío. Pero Pascal y otros abordaron la cuestión desde la perspectiva contraria. Para escudriñar la ausencia de materia había que estudiar la materia en sí.
El encargo de Pascal hecho a su cuñado de ascender a lo más alto de un volcán extinto con un par de barómetros de mercurio corroboró los experimentos sobre el peso de la atmósfera y la existencia del vacío realizados por su predecesor Torricelli. Y eso abrió una enorme compuerta del saber.
Fluidos son los gases y los líquidos, tanto el humo de una chimenea como el agua. Todos ellos 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 hallamos la física de fluidos en las rutinas diarias? Por ejemplo, en la manera en que se transmiten los cambios de presión entre dos puntos de un fluido. Con ello conseguimos sacar la pasta de dientes del tubo usando el mismo principio que hace funcionar la jeringa y los frenos hidráulicos.
Si nos atrevemos a generalizarlo para fluidos en movimiento encontramos, por la senda de Bernoulli, la explicación al efecto suelo de los bólidos de la Fórmula 1 –que hace que el vehículo se quede pegado al asfalto para mejorar su aerodinámica– o de cómo las marmotas enfrían sus madrigueras. De hecho, esas leyes se aplican a cualquier proceso de succión, como mamar de la teta.
Otro entorno secularmente ligado a los fluidos es la medicina. Cualquier anestesista ha de tener conocimientos sólidos de la física de líquidos y gases para manejar catéteres o sistemas de ventilación. Médicos eran también los hermanos Weber, expertos en la circulación de la sangre, cuya mágica viscosidad la hace fluir más despacio cerca de las paredes de los vasos, como mostró el también médico Pouiseille.
Es lo mismo que ocurre cuando movemos una galleta sobre la superficie de unas natillas en un cuenco. Cuanto menos líquido haya en el recipiente más fácil resultará el desplazamiento. Así es también como se comportan las placas tectónicas al desplazarse sobre el manto terrestre, una de tantas aplicaciones de la física de fluidos a la geología. Es interesante que ambas ciencias se den la mano con lo cotidiano mediante la física de fluidos. Otro nexo es la ley de Darcy para el paso de un líquido por un medio poroso, que puede ser un suelo de arena pero también el grano molido de una cafetera italiana.
Sin salirnos de la cocina, pero retornando a la viscosidad, aún nos quedan ejemplos atractivos por mencionar. Cuando el kétchup encerrado en la botella recibe un golpe certero fluye con más facilidad. El engrudo, junto con el yogur, la mayonesa y otros alimentos viscosos entra dentro de no newtonianos, así llamados por ser físicamente más complejos que aquellos con los que el gran genio se adentró en esta subdisciplina física cuando se propuso echarla a andar con su sabiduría.
Entre fogones nos resulta fácil experimentar sobre el efecto de las condiciones físicas en los fluidos en general. Queda bien patente cuando observamos que la miel fluye más fácilmente al calentarla. Esto vuelve a indicarnos cuántos flancos hay que cubrir al investigar la física de fluidos.
¿Por qué los fluidos se comportan como fluidos?
No obstante, los ejemplos dados no son de excusas para esquivar el tema inicial. ¿Por qué el agua moja, el aceite mancha, y la tinta tiñe? 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 esos líquidos, treparían desafiando a la gravedad (fenómeno de capilaridad). Pero los líquidos son narcisistas. Sienten un tremendo apego a sí mismos: las fuerzas de cohesión. Eso genera la llamada tensión superficial, responsable de que se formen las gotas de agua y otros líquidos y mantengan su forma esférica. De ello se valen las hormigas obreras para transportar agua a su colonia.
¿Brindará conmigo para celebrar tanta ciencia? Pues entonces le invito a observar las lágrimas del vino, otra consecuencia de la tensión superficial.
Lamentablemente solo puedo cubrir la amplitud de la física de fluidos dando unas pinceladas. Al decirlo recuerdo que el hecho de que la pintura sea un fluido no newtoniano permitió inventar el gotelé. Pero no merece la pena enredarme en la nostalgia y aparcar temas de absoluta urgencia y actualidad.
La física de fluidos es fundamental para explicar un amplio abanico de fenómenos atmosféricos y oceanográficos. Y permite desmentir que el deshielo de los glaciares eleve el nivel del mar. El argumento usa el principio de Arquímedes, el mismo que mantiene a flote los barcos de exploración de ese ámbito científico. En este contexto quiero señalar que el cambio climático hace los vuelos más susceptibles al fenómeno de la turbulencia.
Pero entonces me tentaría mucho hacerlo visual recurriendo a Humphrey Bogart. Tomaría así su imagen fumando un cigarro y liberando una columna de humo que se convierte en un festival de vueltas y revueltas.
Mejor dar un respiro a la audiencia. Y sirva la metáfora para recomendar prudencia mientras el covid-19 siga entre nosotros. Para alcanzar ese objetivo, la física de fluidos seguirá asistiendo de forma brillante a otras disciplinas y hablándonos de las gotículas y sus viajes.
Ruth Lazkoz, profesora de Física Teórica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
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