El líquido levita, y un barco flota en su parte inferior

¿Navegar bajo un mar levitante, al revés?

A través de un par de trucos de la ciencia, un equipo de científicos franceses mostraron que no sólo podían hacer que una capa de líquido viscoso flotara en el aire, sino que un pequeño barco de juguete también se balancearía en el lado inferior de la capa de líquido de la misma manera que uno normalmente flotaría en la parte superior.

«Fue un experimento divertido», dijo Emmanuel Fort, profesor de la ESPCI de París y autor de un artículo publicado esta semana en la revista Nature que describe esta hazaña aparentemente imposible.

«Todo funcionó bien. Y todavía estoy sorprendido por los resultados.» Normalmente, un líquido más denso se hunde en el fondo. Por eso el petróleo flota en el agua.

Incluso si primero se vierte una capa de aceite en un recipiente y luego se agrega cuidadosamente agua en la parte superior, el agua más pesada comenzará a gotear a través del aceite, formando tentáculos que llegan al fondo.

Pronto el agua se asentará en el fondo debajo del aceite.

Es similar a la posición estable de un péndulo rígido que cuelga recto hacia abajo. La posición invertida, con el péndulo apuntando directamente hacia arriba, es también una posición de equilibrio, con las fuerzas perfectamente equilibradas. Pero con la más mínima perturbación, ese equilibrio se pierde, y el péndulo se balancea hacia abajo.

La investigación del líquido levitante de Fort comenzó cuando escuchó una charla sobre el péndulo de Kapitza, llamado así por Pyotr Kapitsa, un físico ruso que en 1951 describió cómo, si el péndulo vibraba hacia arriba y hacia abajo en la frecuencia correcta, permanecería en la configuración vertical indefinidamente.

Una chispa de inspiración llegó a Fort: «En lugar de tener un péndulo al revés, podemos tener una capa de líquido al revés».

En otras palabras, querían crear una capa de líquido sobre el aire.

Eso no funciona con una capa de agua, que se ondula fácilmente y se vuelve inestable. Pero sí funciona con glicerol y aceite de silicona, que son más espesos que el agua. La mayor viscosidad suprime las ondulaciones.

Las vibraciones, unos 100 ciclos por segundo, provocan que las burbujas inyectadas en el líquido sean empujadas hacia abajo, formando un cojín de aire debajo del líquido que levita. Las vibraciones también generaban un ritmo constante de compresiones que mantenían intacto el líquido levitante. Cuando se empezó a formar un goteo, la fuerza ascendente del aire empujó el goteo de vuelta a la capa, manteniéndolo intacto.

Y bastante líquido puede ser levitado de esta manera. Los investigadores demostraron que podían levantar alrededor de medio litro y el líquido podía extenderse unos 20 cm de ancho.

En principio, podrían haber hecho mucho más. «No hay límite, sólo tienes que agitar más», dijo Fort.

Pero las plataformas de agitación más grandes cuestan mucho más, y esto era periférico al trabajo habitual de Fort: las imágenes biomédicas. También ha observado cómo las gotitas y las ondas en el agua pueden servir como modelos para ciertos aspectos de la mecánica cuántica.

Una búsqueda en la literatura científica reveló que los líquidos que levitan con vibraciones no eran un conocimiento nuevo; otros científicos habían descubierto el fenómeno hace décadas.

Pero el equipo de Fort identificó algo inusual: que los objetos podían flotar a lo largo de esa capa inferior de un líquido levitante.

Debido al peso del líquido, el aire debajo de la capa levitante es más denso, y ese aire más denso está empujando el barco hacia arriba en el líquido, contrarrestando la fuerza descendente de la gravedad.

El efecto neto es que flota al revés.

«La vibración global te ayuda a estabilizar esta posición de equilibrio», dijo Fort. «No es intuitivo».

De hecho, los científicos también se sorprendieron. «Estábamos pensando que si lo hiciera, simplemente se caería», dijo Fort.

Los científicos inicialmente utilizaron pequeñas cuentas redondas para su investigación, pero luego comenzaron a utilizar su impresora 3D para otras formas de plástico para flotar al revés. Eso incluyó patos y ranas. Todas ellas flotaron al revés en el lado inferior del líquido levitante.

«Pero creo que el barco era impresionante», dijo Fort.

En un comentario adjunto, Vladislav Sorokin de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda e Iliya I. Blekhman de la Academia Rusa de Ciencias escribieron que la investigación «sugiere que muchos fenómenos notables que surgen en los sistemas mecánicos vibratorios aún no han sido revelados y explicados, particularmente en las interfaces entre gases y fluidos».

Fort dijo que la investigación podría tener aplicaciones prácticas en la mezcla de líquidos y sólidos y posiblemente desmezclarlos de nuevo en componentes separados.

La gente que vino al laboratorio y vio el experimento generalmente tuvo dos reacciones, dijo Fort. Una fue no creerlo, que era una especie de truco.

Pero otros, con un punto de vista más artístico, lo compararon con la poesía.

«De hecho, cuando ves estos barcos, es un poco como una fantasía», dijo Fort. «Esa fue también una parte muy bonita fuera del estrecho alcance de la ciencia.»

Fuente: clarín.com