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Explicación física al efecto Matrioska subacuático

Científicos de la Universidad Estatal de Utah han descubierto la física detrás de un fenómeno submarino único que se asemeja a la muñeca Matrioshka, la muñeca rusa tradicional dentro de una muñeca.

En un estudio publicado la semana pasada en el Journal of Fluid Mechanics, los investigadores del Splash Lab de la USU describen lo que ocurre cuando las gotas de agua de sucesión rápida impactan en una superficie tranquila y crean una cavidad de aire debajo del agua.

“Cuando una corriente de gotitas golpea la superficie, absorbe el aire y crea una cavidad llena de aire”, dice el autor principal y candidato a doctorado Nathan Speirs. “Las formas de las cavidades varían según los parámetros de impacto, como el diámetro de la gota y la velocidad del impacto”.

Cuando una corriente continua de agua, un chorro, impacta la superficie del agua, forma una cavidad estrecha y de forma cilíndrica. Cuando las gotas de sucesión lenta impactan en el agua, forman cavidades individuales que se cierran y se colapsan antes de que la siguiente gota golpee.

El equipo de Splash Lab quería saber qué sucede cuando las gotas de sucesión rápida impactan en el agua. El resultado es una serie única de cavidades dentro de las cavidades que crea una apariencia acanalada.

“Si la frecuencia de las gotas caídas es lo suficientemente alta, las gotas golpean el mismo lugar y crean cavidades anidadas”, dijo Speirs. “Cada gota sucesiva forma una cavidad en la base de la cavidad anterior”.

Distinguir el umbral entre alta y baja frecuencia es una parte clave de los hallazgos del equipo. Speirs dice que nunca ha habido un número que defina ese umbral. Entonces él y su equipo desarrollaron uno.

“Podemos definir los tipos de cavidades basados en un nuevo número adimensional que llamamos el número de Matryoshka. Si el número es menor a uno, la cavidad se colapsará antes de que llegue la siguiente gota. Si está por encima de uno, podemos predecir la formación de cavidades anidadas “.

Los investigadores dicen que su estudio ofrece nuevas aplicaciones para la vida cotidiana.

“Se sabe desde hace mucho tiempo que un chorro de fluido pasa a una corriente de gotas a solo unos centímetros de la fuente del chorro”, dijo el coautor y profesor asociado de USU, Tadd Truscott. “Esto significa que cuando chorros de agua impactan en un charco de agua, como el agua de un grifo en el fregadero de la cocina, o un chorro de orina que cae en el inodoro, las gotas crean cavidades similares a las que estamos estudiando en el Splash Lab.”

Comprender los matices de los tipos de salpicaduras podría llevar a que los dispositivos reduzcan la salpicadura y brinden entornos más limpios.

En la industria, una comprensión más profunda de este aspecto nunca antes explicado de la dinámica de fluidos también podría conducir a avances en la fabricación de productos químicos y productos farmacéuticos. Speirs dice que los hallazgos son especialmente útiles para el desarrollo de procesos más seguros y eficientes en los que la recuperación es una preocupación.

Fuente: europapress.es