Un cuenco de agua rociado con hojuelas de pimienta está listo sobre la encimera de la cocina de Mahesh Bandi. Bandi, profesor de física en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), moja la punta de un palillo con jabón líquido, diversión escrita en su rostro, y pregunta a los invitados a la cena sus predicciones:¿qué harán los copos cuando el jabón toque la superficie del agua?

Toca el agua con los palillos; de repente, los copos huyen del centro del cuenco. Este es solo un ejemplo muy simple del efecto Marangoni, que Bandi estudia dentro de su laboratorio en la Unidad de Interacciones Colectivas de OIST.

Reportado ya en 1686, el fenómeno resulta de una diferencia en la tensión superficial, la cualidad que hace que una superficie líquida se comporte como si fuera una membrana elástica estirada. La sustancia con mayor tensión superficial tira con más fuerza que la que tiene menor tensión superficial, tirando del flujo de líquido hacia él.

James Thomson, el hermano mayor del físico Lord Kelvin, describió el fenómeno en 1855 como "los movimientos curiosos comúnmente observados en la película de vino adherida al interior de una copa de vino". La misma fuerza permite que los zancudos se deslicen a lo largo de la superficie de un estanque, y, como demuestra Bandi, hace que las escamas se muevan por el agua. Todavía, a pesar de su ubicuidad, el efecto Marangoni es esquivo.

"Puedes verlo en tu cocina, pero es muy difícil de cuantificar, ", dijo Bandi. En un nuevo estudio publicado en la revista Cartas de revisión física , él y sus colegas presentan un método para hacer precisamente esto mediante el estudio del fenómeno a través de tres medidas independientes diferentes.

El jabón líquido hace varias cosas cuando toca un recipiente con agua:parte de él se esparce sobre la superficie del agua, mientras que algunos comienzan a disolverse en el agua. Los investigadores encontraron que estos factores, que juntos constituyen el efecto Marangoni, pueden ocurrir en diversos grados.

Bandi y sus colegas trabajaron a partir de un modelo matemático desarrollado por el profesor de la Universidad de Brown, Shreyas Mandre, que predice cómo un líquido como el agua interactúa con un surfactante, un líquido como jabón o detergente, que tienen una tensión superficial más baja, introducido en su superficie. Usando una sala limpia hecha a medida, Los científicos de OIST realizaron varios experimentos para confirmar las predicciones de cómo interactuarían los líquidos.

Para mostrar el movimiento del líquido, los investigadores utilizaron un recipiente rectangular lleno de agua. Próximo, usaron una jeringa para depositar el surfactante, también contiene partículas diminutas, en la interfaz aire-agua:la superficie exacta del agua.

Luego, los investigadores visualizaron la velocidad de los dos líquidos utilizando una técnica llamada velocimetría láser Doppler, que detecta cambios en la frecuencia de las ondas de luz cuando un rayo láser las golpea. Verificaron sus resultados con dos métodos adicionales. Los científicos midieron la propagación del surfactante a través de la capa límite y hacia el agua subyacente. También midieron el "esfuerzo cortante" o la intensidad con la que el tensioactivo arrastra el agua.

Los investigadores encontraron que usando su modelo, podrían predecir de cerca la velocidad a la que se esparce un surfactante. Sus hallazgos encajan en uno de dos escenarios:dependiendo de si el surfactante se disuelve fácilmente o no, se difundió en el agua más o menos rápidamente de lo que se extendió por la superficie del agua.

Trabajos anteriores habían sugerido que un surfactante se disuelve en agua más rápido de lo que se extiende por la superficie. pero el nuevo estudio demuestra una imagen más compleja de cómo la disolución y propagación del surfactante afectan el fenómeno.

Los investigadores descubrieron que esta medida dependía de si el tensioactivo se disolvía fácilmente o no. Si es así, se difundió en el agua más rápidamente de lo que se extendió por su superficie, y si no, se difundió menos rápidamente de lo que se difundió.

El estudio da un paso más hacia la comprensión de un fenómeno complejo y dinámico.

"La teoría es una aproximación a la realidad, pero el mundo real es desordenado, "dijo Bandi. Aun así, él y sus colaboradores pudieron predecir el comportamiento de los líquidos en el mundo real, "prueba de que la teoría funciona".