Un estudio pionero dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota revela por qué las gotas de agua tienen la capacidad de erosionar superficies duras. El descubrimiento podría ayudar a los ingenieros a diseñar materiales mejores y más resistentes a la erosión.
Un estudio que buscaba revelar el misterio
Los investigadores recurrieton a una técnica recientemente desarrollada, con la que pudieron medir cantidades ocultas. Entre ellas están el esfuerzo cortante y la presión creada por el impacto de las gotas de líquido en las superficies. Hasta el momento, este fenómeno solo se ha estudiado visualmente.
Los investigadores han estado estudiando el impacto de las gotas durante años. Algunos de sus estudios apuntan a revelar la forma en que las gotas de lluvia golpean el suelo. Otros buscan descubrir como es la transmisión de patógenos como el Covid-19 en aerosoles.
Es bien sabido que las gotas de agua pueden erosionar las superficies duras con el tiempo. Pero, ¿por qué algo aparentemente suave y fluido puede tener un impacto tan grande en las superficies duras?
En el pasado, el impacto de las gotas solo se analizaba visualmente con cámaras de alta velocidad. La nueva técnica de los investigadores de la Universidad de Minnesota, llamada microscopía de estrés de alta velocidad, proporciona una forma más cuantitativa de estudiar este fenómeno. La técnica se basa en medir directamente la fuerza, el estrés y la presión debajo de las gotas de líquido cuando golpean las superficies.
Descubren cómo las gotas de agua erosionan superficies duras
Los investigadores descubrieron que la fuerza ejercida por una gota en realidad se extiende por toda la superficie de la gota y no solo en su centro. Además, la velocidad a la que la gota se extiende supera la velocidad del sonido en períodos breves, lo que genera un impacto. Cada gota se comporta como una pequeña bomba, liberando su energía de impacto de forma explosiva. Esto le da la fuerza necesaria para erosionar las superficies con el tiempo.
Los científicos de este estudio esperan que su investigación ayude a los ingenieros a diseñar superficies más resistentes a la erosión. El equipo de investigación aspira continuar sus estudios sobre cómo las diferentes texturas y materiales cambian la cantidad de fuerza creada por las gotas de líquido.
En próximos estudios intentarán reducir la cantidad de esfuerzo cortante de las gotas. Esto podría permitir diseñar superficies especiales que puedan mitigar tal estrés.
Referencias:
New study solves mystery of how soft liquid droplets erode hard surfaces: https://phys.org/news/2022-03-mystery-soft-liquid-droplets-erode.html
Stress distribution and surface shock wave of drop impact: https://www.nature.com/articles/s41467-022-29345-x
