Intrigados por los mecanismos de flotación de los zapateros y el principio de Arquímedes actualizado, que establece que la fuerza de flotación es igual al volumen de líquido expulsado, investigadores en China trataron de descubrir cómo la profundidad de prensado y la fuerza de apoyo de la superficie del agua actúan sobre las seis patas de un zancudo de agua. Como informan en un artículo publicado esta semana en ‘Applied Physics Letters‘, han desarrollado un «método de sombra», basándose en la refracción de la luz para hacer estas mediciones.
Mientras caminaba un otoño junto al arroyo del Jardín Botánico de Beijing, Tian Yu, profesor de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Tsinghua en China, se dio cuenta de las hermosas sombras proyectadas por los zapateros en el fondo de un arroyo poco profundo. Las sombras de las patas de los zancudos de agua estaban redondeadas con una zona oscura rodeada por anillos de brillantes y el tamaño de sombra parecían ser proporcional al tamaño del zancudo de agua, por lo que se preguntó si su peso podría ser representado por el área de las sombras de sus patas.
El equipo de investigación de Tian se centró en las fuerzas de superficie, las fuerzas de interfaz y los fenómenos que se encuentran en la naturaleza y de la industria, como interfaces sólido-sólido, interfaces sólido-líquido e incluso interfaces líquido-líquido. Estos expertos están explorando la locomoción de lagartijas, hormigas y, ahora, los zapateros.
Los materiales transparentes curvos pueden refractar la luz de manera efectiva como la lente de una cámara. En este caso, una vez que la superficie del agua se distorsiona por las patas superhidrofóbicas de un zancudo de agua, la luz puede refractarse por ella y formarse una sombra oscura rodeada por un brillante anillo bajo ella.
«A partir de la geometría de la sombra, la curvatura de la superficie del agua puede reconstruirse con precisión para obtener el volumen de agua correspondiente y la fuerza de flotación equivalente basándose en el principio de Arquímedes actualizado», dice Tian. Todo lo que se necesita para hacer estas mediciones son una linterna, una vasija transparente de agua, agua y una cámara sencilla.
La sombra regular de las patas, clave en la hidrofobicidad
«Aunque el mecanismo flotante de los insectos es ampliamente reconocido por depender del principio de Arquímedes actualizado, todavía deben medirse experimentalmente las fuerzas de las patas flotantes y compararse con el peso de los artrópodos. Por lo tanto, es necesario obtener mediciones simultáneas precisas de las pequeñas múltiples fuerzas», explica.
Al utilizar el método del equipo, el movimiento del zapatero puede cuantificarse con facilidad y precisión. «Aunque generalmente se cree que los materiales cerosos y la microestructura de las patas de los zapateros los mantienen superhidrofóbicos, hemos sido capaces de identificar claramente el movimiento de sus patas observando las sombras que proyectan», explica Tian.
El equipo observó que «cuando las sombras de una pata no son regulares y suaves, los zapateros levantan la pata hasta frotarla con su boca. Después de este ‘roce’, la sombra aparece correctamente de nuevo —detalla—. La forma de la sombra representa la hidrofobicidad de las patas, por lo que este frotamiento es un proceso para recuperar su superhidrofobicidad».
«Nuestro método de sombra puede medir con sensibilidad y precisión las fuerzas de las patas individuales de los zapateros», dice Tian. «Y puede extenderse a otros objetos de superficies líquidas sobre las que caminan o flotan artrópodos, partículas submilimétricas de diámetro e insectos acuáticos a escala de milígramos», añade.
«El desarrollo de este principio de medición de fuerzas débiles es relativamente sencillo —señala Tian—. No va a requerir técnicas sofisticadas». El equipo ahora está trabajando para «lograr principios de locomoción como los de artrópodos muy pequeños, como los zancudos de agua, con una longitud de aproximadamente 1 milímetro.
Fuente: Europa Press