Leonardo da Vinci no sólo es uno de los pintores más importantes de la historia; si algo caracterizó a este artista fue su cualidad multifacética, cuando no estaba pintando o buscando alguna forma para hacer volar al ser humano, se le podía encontrar en la naturaleza, observando los remolinos de agua que corrían rio abajo.
Un fenómeno en particular fue lo que le llamó más la atención, y 500 años después aún quedan dudas en torno a este; se trata del fenómeno denominado salto hidráulico.
El salto hidráulico es un fenómeno sumamente frecuente, de hecho, todos lo hemos observado; basta con abrir el grifo y ver cómo se comporta el flujo de agua en el fondo del fregadero.
A medida que el flujo del agua se va haciendo más lento en los bordes del charco, el líquido se va apilando en un lugar cerca de la caída del agua hasta que, en algún punto, el fregadero empieza a llenarse.
Este fenómeno podemos observarlo en prácticamente cualquier sitio en el que se encuentren varias corrientes de agua que fluyen a ritmos distintos; en este sentido, la belleza del salto hidráulico ha sido objeto de interés de las mentes más brillantes durante más de medio mileno.
No obstante, los primeros registros que se tienen sobre el comportamiento del agua en función de distintos tipos de flujo, los podemos encontrar en las anotaciones de Leonardo da Vinci sobre la naturaleza, quien consideraba que esto sólo era parte natural del comportamiento del agua.
Más adelante, muchos científicos se trazaron como meta la comprensión de este fenómeno, tales como el físico italiano Giovanni Battista Guglielmini en el siglo XVIII y el matemático de la misma nacionalidad, George Bidone, en el siglo XIX respectivamente.
Sin embargo, aun no se tenía explicación respecto al salto hidráulico. No fue hasta el año de 1914 cuando John William Strutt, el tercer Barón Rayleigh, quien se dedicaba a la Física, echó mano de conceptos tales como la gravedad, la viscosidad, la energía cinética y la energía potencial para comprender el fenómeno, descartando la influencia de la tensión superficial.
De acuerdo al Barón Rayleigh y otros científicos, a medida que el agua fluye en la superficie, la fricción supera su inercia y la velocidad del fluido hacia abajo se reduce; por lo tanto, con un cambio de velocidad lo suficientemente rápido, se produce una onda de choque en la que se genera una acumulación de liquido cerca de la caída de agua.
En este sentido, se supone que la altura del charco depende del tirón de energía potencial que se equilibra en atención a la presión de la masa de agua que la recibe.
No obstante, siguiendo los resultados de una nueva investigación liderada por el Ingeniero Químico Rajesh Bhagat, de la Universidad de Cambridge, descartar la influencia de la tensión superficial puede haber sido una decisión demasiado apresurada.
Específicamente, se demostró que, durante la caída del agua, la tensión superficial y las fuerzas viscosas equilibran el impulso en la película líquida, por lo que la gravedad no tiene mayor influencia sobre lo que ocurre.
En síntesis, por muchos años se ha creído que los saltos hidráulicos se desarrollan gracias a la gravedad; sin embargo, los investigadores demostraron que este fenómeno es el resultado de la pérdida de energía del agua debido a la tensión superficial y a la viscosidad, que equilibran la fuerza del agua en la película líquida, descartando así, el rol que pudiese desempeñar la gravedad sobre el fenómeno.
Así, de acuerdo a los investigadores, al descartar la influencia de la fuerza de la gravedad y prestar más atención a la tensión superficial, es posible ejercer otras formas de manipulación sobre el salto hidráulico, como agregar surfactantes.
En atención a esto, los investigadores concluyen que la comprensión de este fenómeno puede traducirse en aplicaciones tales como la reducción del uso industrial del agua; por su parte, a un nivel mas individual, se propone que estos planteamientos pudiesen derivarse en nuevas formas de limpiar cualquier cosa, desde automóviles hasta equipos industriales.
Referencia: On the origin of the circular hydraulic jump in a thin liquid film, (2018). https://doi.org/10.1017/jfm.2018.558
