Cuando una gota de café golpea la superficie del líquido en la taza, una torre característica de café se forma por muy poco tiempo, a veces incluso con una nueva gota encima. En un papel que apareció en Fluidos de revisión física hoy dia, un equipo de investigadores de Amsterdam, Delft y Paris arrojan nueva luz sobre este intrincado efecto.

El efecto de la formación de chorros no es particular del café:el mismo efecto se puede ver, por ejemplo, cuando una gota de lluvia golpea un estanque. Cuando en lugar de café se deja caer una gota de leche sobre una superficie de café, Se observa otro efecto interesante:la torre de líquido será mayoritariamente blanca. Es decir, no es el café que salpica hacia arriba, es la leche la que 'rebota'.

No solo la gravedad

Cees van Rijn, autor principal de la nueva publicación, dice:"Hace mucho tiempo que se conoce una explicación aproximada del efecto de formación de chorro. Cuando una gota golpea la superficie del líquido, la superficie puede obtener un "cráter de impacto temporal". Una vez que el líquido ha regresado al centro de este cráter, no tiene adónde ir más que hacia arriba, que es como se forma el chorro ".

Sin embargo, a pesar de más de un siglo de investigación, los detalles precisos del proceso aún no estaban claros. En particular, comprender la velocidad variable con la que el chorro se mueve hacia arriba era un poco enigma. Cuando los investigadores investigaron diferentes líquidos utilizando luz láser y cámaras rápidas, encontraron que justo después de la formación, la velocidad de los chorros se ralentiza a un ritmo increíble. Van Rijn:"Uno podría esperar que la razón principal por la que el chorro se ralentiza es porque la gravedad empuja el líquido hacia abajo. Sin embargo, observamos que justo después de la formación, la desaceleración puede ser de cinco a veinte veces más fuerte de lo que puede explicarse únicamente por la gravedad ".

Construyendo un modelo

Los investigadores conjeturaron que el principal factor responsable de esta extrema desaceleración era la tensión superficial del líquido, el mismo tipo de tensión que permite la formación de pompas de jabón. La capa exterior de líquido en la torre actúa de manera similar a dicha burbuja, y su curvatura obliga al chorro a reducir la velocidad y eventualmente contraerse, mucho más rápido de lo que uno podría haber esperado basándose únicamente en la gravedad. Van Rijn añade:"El efecto es más fuerte cuando el chorro se acaba de formar. Cuando el líquido alcanza su punto más alto, la situación ha vuelto esencialmente a la normalidad:el líquido retrocede con como máximo el doble de la aceleración causada por la gravedad, y ha perdido su último bit de aceleración extra cuando se alcanza de nuevo la superficie. Todo el intrincado proceso tiene lugar en aproximadamente una décima de segundo ".

Con esta explicación en mente, los físicos se propusieron crear un modelo matemático para describir la formación del chorro. El modelo hizo uso de otra propiedad sorprendente de los chorros:siempre se ven más o menos iguales:la altura y el ancho del chorro varían con el tiempo, pero aparte de eso, la forma no cambia. Esta propiedad de 'auto-semejanza' permitió a los investigadores crear un modelo muy preciso, que en comparación con las mediciones en diferentes líquidos como el agua, etanol y una mezcla de agua y glicerol, coincidió con mucha precisión con todas las observaciones.

En el espacio

Los físicos ya están pensando en el siguiente paso de su programa; de hecho, están considerando llevar los experimentos al espacio. Van Rijn:"Sería muy bueno deshacerse por completo de la gravedad y comprender el papel de la tensión superficial por sí sola. Nos encantaría hacer nuestra próxima serie de experimentos en la Estación Espacial Internacional para ver qué sucede exactamente en un entorno libre de gravedad . "