Descripción física del efecto tetera
Efecto tetera. Figura 2. (a) Diferentes realizaciones del efecto tetera para una película líquida de bajo impulso típicamente fuertemente sujeta a la gravedad, descritas y reimpresas con permiso de Duez et al. (Referencia Duez, Ybert, Clanet y Bocquet2010) (© Sociedad Estadounidense de Física); (b) su abstracción actual para una película líquida plana horizontal de gran cantidad de movimiento que de hecho pasa por una cuña redondeada de ángulo α, que detalla el flujo alrededor del borde de salida en la figura 1, sin deslizamiento típico en la placa y deslizamiento libre a lo largo de las líneas de corriente libres ; azul: líneas de corriente libres e internas y punto de desprendimiento, rojo: placa y punta original (virtual) en la figura 1.

El «efecto tetera» ha estado amenazando a los manteles inmaculados durante mucho tiempo: si un líquido se vierte de una tetera con demasiada lentitud, el flujo de líquido a veces no se desprende de la tetera y llega hasta la taza, sino que gotea hacia el exterior de la misma.

Este fenómeno ha sido estudiado científicamente durante décadas; ahora, un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien) ha logrado describir el «efecto tetera» de forma completa y detallada, con un análisis teórico elaborado y numerosos experimentos: una interacción de diferentes fuerzas mantiene una pequeña cantidad de líquido directamente en el borde, y esto es suficiente para redirigir el flujo de líquido en determinadas condiciones.

La larga historia del efecto tetera

El «efecto tetera» fue descrito científicamente por primera vez por Markus Reiner en 1956. Reiner obtuvo su doctorado en TU Wien en 1913 y luego emigró a los Estados Unidos, donde se convirtió en un pionero importante de la reología, la ciencia del comportamiento del flujo. Una y otra vez, los científicos han tratado de explicar este efecto con precisión. El trabajo sobre este tema fue galardonado con el satírico Premio Nobel Ig en 1999.

Ahora, esta investigación sobre el efecto tetera ha cerrado el círculo, ya que fue estudiado en el alma mater de Reiner, TU Wien, por un equipo dirigido por el Dr. Bernhard Scheichl, profesor en el Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor y científico clave en el Centro Austriaco de Excelencia para Tribología (AC2T research GmbH), en cooperación con el Departamento de Matemáticas del University College London.

Flujo de Stokes
Figura 10. Flujo de Stokes alrededor del borde de fuga suavizado resuelto: (a) tipo cuña (α> 0), región interior emergente para β <α (verde); (b) tipo placa y semicircular (α = 0), sin región interior; (c) corte de interfaces líquidas en el experimento, descrito y reimpreso con permiso de Duez et al. (Referencia Duez, Ybert, Clanet y Bocquet2010) (© Sociedad Estadounidense de Física).

Difícil explicación teórica

«Aunque este es un efecto muy común y aparentemente simple, es muy difícil explicarlo exactamente dentro del marco de la mecánica de fluidos«, comenta Bernhard Scheichl. El borde afilado en la parte inferior del pico de la tetera juega el papel más importante: se forma una gota, el área directamente debajo del borde siempre permanece húmeda. El tamaño de esta gota depende de la velocidad a la que el líquido sale de la tetera. Si la velocidad es inferior a un umbral crítico, esta caída puede dirigir todo el flujo alrededor del borde y gotear hacia la pared exterior de la tetera.

«Ahora hemos logrado por primera vez proporcionar una explicación teórica completa de por qué se forma esta gota y por qué la parte inferior del borde siempre permanece mojada«, asegura Bernhard Scheichl. Las matemáticas detrás de esto son complicadas: es una interacción de inercia, fuerzas viscosas y capilares. La fuerza de inercia asegura que el fluido tiende a mantener su dirección original, mientras que las fuerzas capilares ralentizan el fluido justo en el pico. La interacción de estas fuerzas es la base del efecto tetera. Sin embargo, las fuerzas capilares aseguran que el efecto sólo comience en un ángulo de contacto muy específico entre la pared y la superficie del líquido. Cuanto más pequeño es este ángulo o más hidrófilo (es decir, humectable) el material de la tetera, más se ralentiza la separación del líquido de la tetera.

Té en el espacio

Curiosamente, la fuerza de la gravedad en relación con las otras fuerzas que se producen no juega un papel decisivo. La gravedad simplemente determina la dirección en la que se dirige el chorro, pero su fuerza no es decisiva para el efecto tetera. Por lo tanto, el efecto de la tetera también se observaría al beber té en una base lunar, pero por supuesto, no en una estación espacial sin gravedad.

Los cálculos teóricos sobre el efecto de la tetera fueron publicados por el equipo de investigación en el Journal of Fluid Mechanics. Ahora también se llevaron a cabo experimentos: se vertió agua de una tetera inclinada a diferentes caudales y se filmó con cámaras de alta velocidad. De esta manera, fue posible mostrar exactamente cómo la humectación del borde por debajo de una velocidad de vertido crítica conduce al «efecto tetera», confirmando así la teoría.

Fuente: Journal of Fluid Mechanics (Cambridge Univesity Press).

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Cofundador de Fantasymundo, director de las secciones de Libros y Ciencia. Lector incansable de ficción y ensayo, escribo con afán divulgador sobre temáticas relacionadas con el entretenimiento y la cultura cercanas a mis intereses.

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