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Misterio en una Taza de Té

Usando sobrantes de la despensa de la Estación Espacial, investigadores han descubierto algo nuevo acerca de la física de fluidos.

Pruebe esto: en la cocina de su casa, inserte con una jeringa un chorro de miel caliente en una taza de agua o té, y observe lo que ocurre.

Los hilos líquidos pegajosos y dulces, cayendo hacia abajo, se retuercen por sí mismos en pistas rizadas, en filamentos, y haciendo girar "anillos de humo". Es hipnotizante. Pero sólo durante un abrir y cerrar de ojos; luego, la miel cae al fondo de la taza. La gravedad es prepotente.

La miel y el agua en la cocina del autor.

Lo que usted necesita es una cocina en el espacio. Sin la gravedad hundiéndolo todo hacia el fondo, los anillos de centrifugación de miel en el agua podrían permanecer suspendidos durante horas.

Las cintas de miel tendrían más tiempo para torcerse y cambiar de dirección, convirtiéndose en... nadie sabe qué.

"La manera como se mezclan los fluidos en la ingravidez no es bien comprendida", explica el profesor de química John Pojman de la Universidad de Southern Mississippi.

Aquí en la Tierra, dice, la física es dominada por la gravedad. Los fluidos densos se hunden y los fluidos ligeros se elevan; todo lo demás es un efecto secundario de ese movimiento básico. En el espacio, la gravedad disminuye y otros fenómenos más sutiles dominan.

Las fuerzas intermoleculares pueden mantener unidas capas o glóbulos de fluidos que, en la Tierra, serían destruidos por su propio peso. Estas estructuras delicadas pueden durar mucho tiempo simplemente porque flotan, en vez de chocar contra el piso de su envase.

Esto no quiere decir que los fluidos livianos estén inactivos. Al contrario, en un envase que contiene dos fluidos diferentes, como miel y agua, los científicos esperan que fluyan corrientes extrañas y complicadas. "Las diminutas diferencias en la composición del fluido o la temperatura pueden, en teoría, inducir tensiones que causan convección", explica Pojman.

Este efecto, llamado "esfuerzo de Korteweg", no puede observarse en la Tierra porque los movimientos boyantes lo impiden. Pero en el espacio podría ser importante.

¿A la hora del té, qué diferencias existen en órbita? El astronauta Don Pettit las demostró en 2003 cuando se filmó a sí mismo tomando té a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). En lugar de sorber de una taza, Pettit usó palillos chinos para arrancar gotas de té del tamaño de una uva, suspendidas en el aire, sonriendo encantado cada vez que hacía estallar una en su boca.

Pojman recuerda la película. "Quería subir rápidamente hacia allá e iniciar los experimentos", dice.

Usando palillos chinos, el astronauta Don Pettit agarra un globo extraviado de té a bordo de la Estación Espacial Internacional. Entender cómo se comportan los fluidos, individualmente o en mezclas, es importante para el programa de exploración espacial, con mayor razón ahora que la NASA tiene intención de enviar de nuevo personas a la Luna y más adelante a Marte.

"Vamos a tener que fabricar cosas en el espacio", explica Pojman, "y esto significa manipular fluidos". Como ejemplo sugiere plásticos -- un componente crucial de hábitats, blindajes contra la radiación, exploradores, etc. Usualmente los plásticos se forman combinando fluidos diferentes o fluidos y partículas finamente dispersas, y calentando luego la mezcla.

"Si alguna vez ha usado BondoTM para reparar su coche, ya lo ha experimentado por sí mismo: Usted mezcla una resina con peróxido para crear una sustancia plástica pegajosa", agrega Pojman. La mezcla es necesaria también para ciertos tipos de investigación médica en el espacio -- "especialmente el crecimiento de cristales de proteína en microgravedad", apunta Pojman.

Cuando dos fluidos se mezclan, ¿"aparecen las Corrientes Korteweg"? ¿Se disuelven los fluidos uniformemente? ¿Se rompen aparte en gotitas?

Estos detalles son importantes en el resultado final. Como Pojman no podía viajar a la EEI para investigar tales preguntas, ideó un experimento que los astronautas podrían hacer por él: Fluidos Mezclables en el Experimento de Microgravedad (Miscible Fluids in Microgravity Experiment o MFMG). "MFMG es un experimento muy simple", dice. "Implica dos jeringas, un pitillo, miel y agua. Todos estos objetos ya existían a bordo de la EEI"

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John Pojman muestra el experimento del prototipo MFMG. Bob Powell, un experto de la NASA en el desarrollo de procedimientos para los experimentos de microgravedad, mira sobre su hombro. Una jeringa se llena de miel o una solución de agua de miel, la otra con agua pura. Las puntas de las jeringas están conectadas por un tubo pequeño (el pitillo).

Cuando todo está listo, un astronauta delicadamente lanza una burbuja de miel en el agua, o viceversa, y filma lo que ocurre. El oficial de ciencia de la EEI Mike Foale hizo el experimento y transmitió el video a la Tierra. "Ya hemos aprendido algo nuevo", dice Pojman. En la teoría de física de fluidos existe un número llamado "parámetro del gradiente cuadrado" o k. Es proporcional a la intensidad de las fuerzas intermoleculares entre dos fluidos diferentes, como la miel y el agua.

"Cómo se comportan dos fluidos cuándo se mezclan en una gravedad baja va a depender de k", dice Pojman. "Nunca hemos podido medir k en la Tierra para un par de fluidos miscibles (mezclables). ¡Este valor podría ser cualquier cosa ! sin embargo, hemos colocado un límite superior de k -- debe ser menos de 10-8 Newtons".

Llegó a esta conclusión de la manera siguiente: Si k fuera mucho mayor que 10-8 Newtons, las gotas de miel inyectadas en agua rápidamente asumirían una forma esférica. Pero no lo hicieron. Las gotas, en formas alargadas al atravesar la boquilla de la jeringa, permanecieron alargadas.

La miel inyectada en agua durante el experimento MFMG a bordo de la Estación Espacial Internacional, marzo del 2003. Crédito de la imagen: NASA.

"El hecho de que pudiéramos hacer esto usando sólo cosas sueltas a bordo de la Estación Espacial es alentador", dice Pojman.

Un procedimiento similar podría utilizarse para establecer límites, o medir directamente k para muchos pares de fluidos diferentes.

Algunos fluidos son más importantes que otros. Pojman está más interesado en monómeros y polímeros que podrían ser usados en la manufactura espacial. Tales fluidos son más simples, internamente, que la miel, así que podrían prestarse a medidas "más limpias" de las constantes físicas de fluidos.

Es poco probable, sin embargo, que cualquier otro de esos fluidos sea tan divertido, o hipnotiza, como la miel. ¿Quién sabe qué nuevas leyes de física se ocultan en sus dulces "anillos de humo" giratorios o sus pegajosas cintas danzantes?

Eso es algo para pensar la próxima vez que se relaje con una taza de té... y trate de alcanzar la miel para endulzarlo.

  

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