El agua detendrá fácilmente una bala, pero no puede evitar que una bola se hunda en una burbuja.

Este es el notable resultado de una serie de experimentos que han mostrado por primera vez objetos que se hunden en el agua con un arrastre cercano a cero. probando finalmente una teoría del siglo XVIII en física.

Los nadadores lo experimentan, los peces han evolucionado sus formas elegantes para minimizarlo, los barcos se ralentizan por ello, y los submarinos utilizan una gran cantidad de energía para derrotarlo. Arrastrar ralentiza todo en el agua, y eliminarlo es el santo grial de la mecánica de fluidos.

Las mejoras de tan solo un 5 o un 10 por ciento de reducción de la resistencia aerodinámica pueden tener un impacto importante en la eficiencia del combustible y la velocidad. pero ¿y si reduce la resistencia en un 1000 por ciento?

Un equipo de investigadores de la Universidad de Melbourne, Kind Abdullah University of Science and Technology Arabia Saudita, y el Instituto de Computación de Alto Rendimiento de Singapur lo han resuelto. Sus hallazgos se publican en la revista Avances de la ciencia .

El experimento parece simple. Deje caer una bola de metal de 2 centímetros de ancho en una piscina profunda. La bola forma una gran burbuja de gas en forma de lágrima alargada alrededor de sí misma y luego la bola más burbuja se hunde. Haz los cálculos y resulta que esta bola experimenta diez veces menos resistencia que un objeto sólido con la misma forma.

Parece simple pero no lo es. Este experimento requiere un conjunto de condiciones muy particular, y el equipo ha pasado años comprendiendo su base teórica.

Empieza con la pelota o para ser específico, dos bolas.

"Hay dos formas de crear estas capas de gas, "dice el profesor Derek Chan, un matemático de la Universidad de Melbourne, y uno de los líderes del estudio.

"La primera es calentar una esfera de metal a una temperatura muy alta, y el segundo es utilizar una superficie superhidrofóbica.

"Por el primero, calentamos la bola a 400 grados centígrados, y calentamos el agua a 95 grados Celsius, justo por debajo de su punto de ebullición.

"Cuando la pelota golpea el agua, hierve una pequeña cantidad de agua inmediatamente a su alrededor, creando una capa de vapor de agua. Con la combinación correcta de temperaturas de bola y agua, esta capa se vuelve estable, por lo que la bola está completamente encerrada en el gas. A esto lo llamamos un estado de Leidenfrost ".

Esta es la versión 'de adentro hacia afuera' del fenómeno que la mayoría de los cocineros verían regularmente cuando agregan pequeñas cantidades de agua a una sartén muy caliente. y las gotas de agua se deslizan por la olla, porque son elevados por una película de vapor sostenida por la superficie caliente.

El segundo tipo de bola actúa repeler el agua a su alrededor. Hidrofóbico significa literalmente "odio al agua". Piense en el agua rebordeando y saliendo de una chaqueta Goretex. Y cuando algo es superhidrofóbico, ese odio es profundo.

La bola está recubierta con un producto llamado Glaco Mirror Coat Zero, en realidad, se vende como un revestimiento repelente al agua en aerosol para los espejos laterales de los automóviles. Es tan eficaz para repeler el agua que, en las condiciones adecuadas, la pelota mantiene una capa de gas entre ella y el agua incluso cuando está completamente sumergida.

"El beneficio del recubrimiento superhidrofóbico es que funciona en agua a temperatura ambiente, "dice el profesor Chan.

Dr. Ivan Vakarelski y el profesor Sigurdur Thoroddsen, que dirigen la parte del equipo de la Universidad Rey Abdullah, dicen que hay muchas formas de reducir la resistencia.

"Los hoyuelos en las pelotas de golf son un ejemplo, como es el patrón en la piel de un tiburón, "dice el Dr. Vakarelski.

"La liberación de burbujas de aire frente a un objeto que se mueve en el agua puede reducir significativamente la resistencia, al igual que el uso de una superficie hidrófoba ".

El profesor Thoroddsen dice que la idea detrás de todas estas estrategias es cambiar la forma en que el fluido, como el agua o el aire, fluye alrededor del objeto. particularmente justo al lado del objeto, en lo que se llama la capa límite.

"En nuestros experimentos anteriores, tenemos capas de gas estables alrededor de estas bolas, pero tenían menos de 1 milímetro de grosor, " él dice.

"Esto ayudó a reducir la resistencia en un 10 o 20 por ciento, pero esto no fue suficiente así que empezamos a pensar en formas de crear una burbuja más grande alrededor de estas bolas ".

Comenzaron a dejar caer las bolas desde varias alturas, y descubrió que en el rango de alturas adecuado, se creó una gran cavidad de gas alrededor de la bola, y esta forma se mantuvo mientras la bola se hundía en el agua.

El Dr. Evert Klaseboer del Instituto de Computación de Alto Rendimiento y el profesor Chan, que hizo el análisis teórico y el modelado, están entusiasmados con la forma en que este descubrimiento ha tomado un concepto puramente teórico y lo ha hecho realidad.

"Existe una teoría muy conocida en este campo, que la fuerza de arrastre sobre un objeto ideal, con superficie de deslizamiento libre, caerá a cero, "dice el Dr. Klaseboer.

"Esta es la conocida paradoja de d'Alembert y nuestro resultado es una realización del siglo XXI de un resultado teórico del siglo XVIII.

"En el estudio de la dinámica de fluidos, Siempre hemos usado una esfera hipotética porque no hemos podido crear un objeto con una superficie de deslizamiento libre, hasta ahora.

"El movimiento de las bolas, como la pelota de golf antes mencionada, es imposible de predecir con una fórmula matemática debido a la acción caótica de la turbulencia, pero la esfera en cavidad no tiene turbulencia y puede describirse mediante ecuaciones muy simples. Podría convertirse en un ejemplo de libro de texto de algunas teorías hidrodinámicas fundamentales ".

Esta investigación tiene importantes implicaciones para el desarrollo de vehículos marinos energéticamente eficientes.

"Las tecnologías actuales se basan en la inyección de burbujas de gas cerca del casco, "dice el profesor Chang.

"También se están desarrollando vehículos que tienen una superficie superhidrofóbica que puede sostener de forma natural capas de aire delgadas.

"Estas tecnologías pueden lograr una reducción del arrastre del 10 o quizás del 20 por ciento, mientras que nuestro experimento demuestra que, en el mejor de los casos, es posible una reducción de orden de magnitud.

"Esto ahora establece el objetivo para futuras investigaciones en esta área".