La investigación tiene una base experimental que nace del famoso reto de redes sociales water bottle flip challenge o el reto de la botella y tiene posibles aplicaciones en la industria espacial y la comprensión de materiales no newtonianos.
Un innovador estudio realizado por investigadores de la Universidad de Santiago de Chile (USACH) y la Universidad de O’Higgins (UOH) ha sido publicado en la reconocida revista “Physical Review Letters” de la American Physical Society. La investigación se centra en el fenómeno de rebote de las botellas de agua y ha sido seleccionada como Editor’s Suggestion, destacando su relevancia en el campo de la física.
El estudio ha sido coliderado por el Dr. Leonardo Gordillo Zavaleta, académico del Departamento de Física y Director del Programa de Doctorado en Ciencia con Mención en Física, y el Dr. Pablo Gutiérrez Matus, Director del Instituto de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de O’Higgins, y revela la razón por la cual algunas botellas, al ser agitadas y soltadas, no rebotan, sino que quedan prácticamente pegadas al suelo.
Esta investigación, según narra el Dr. Gordillo, nace el año 2018 a partir del famoso reto de redes sociales water bottle flip challenge o el reto de la botella, que consistía en lanzar una botella con un poco de agua en su interior buscando que esta cayera de pie. “Estuvimos buscando una manera alternativa de agitar el agua dentro de la botella, que fuera reproducible, y nos dimos cuenta que hacer un movimiento de giro orbital, como cuando uno airea una copa de vino, funcionaba súper bien, era fácil de rehacer y además estimar cuánto rebotaría la botella tras caer al suelo”, recuerda.
Intrigados, decidieron investigarlo en profundidad y desarrollar un sistema experimental para controlar las variables con un impacto significativo en el rebote, incluso adhirieron a la botella una pelota de goma para favorecer y exagerar el efecto del rebote. Sin embargo, “basta tan solo girar un poco de agua en el interior de la botella y dejarla caer, para que deje de rebotar. Incluso con la pelota de goma adherida, “esto es más impresionante, se puede pasar fácilmente de un metro de rebote, a milímetros. Es como si el girar el contenido de agua hiciera que a la botella le creciera un velcro en la base, y que por ello quedara absolutamente pegada al suelo”, explica el Dr. Gordillo.
A través de experimentos y el uso de cámaras rápidas, los investigadores pudieron observar el proceso en detalle y descubrieron una serie de fenómenos que ocurren dentro de la botella al ser girada y soltada. Después de hacerla girar, el agua se desplaza hacia las paredes debido a la fuerza centrífuga. Cuando la botella toca el suelo, el agua en las paredes busca continuar descendiendo, pero se encuentra con la base de la botella, formando un chorro concentrado en el centro que presiona la botella contra el suelo. Este chorro gira a medida que se forma y, al posteriormente tocar la parte superior de la botella, explota en burbujas y gotas microscópicas, creando una apariencia blanca, bloqueando difusamente la luz a través del agua incluso.
De esta forma, el equipo de investigación ha logrado demostrar que el efecto de pegado al suelo depende de la velocidad de rotación y la cantidad de agua en el interior de la botella. Estos descubrimientos tienen implicancias prácticas, ya que podrían servir de fundamento para hacer ingeniería en variados rubros industriales, como el espacial, particularmente en el diseño de tanques de combustible donde la falta de gravedad presenta desafíos para mantener los objetos en su lugar.
Asimismo, la posibilidad de crear disposiciones de líquidos que absorben impactos puede ser útil en diversas industrias. “Cada vez que se transportan líquidos en tanques, en un container, en un camión aljibe, uno podría disponer el líquido de tal manera que se favorezca la absorción de impactos”. afirma el Dr. Gordillo.
Por otra parte, el hallazgo podría contribuir a modelar fluidos no newtonianos, cuya mecánica es especialmente desafiante de predecir, y de los que forman parte muchísimos materiales de las industrias química, alimentaria, de construcción, entre otras. Algunos ejemplos son las pinturas, la sangre y almidones. Las fuerzas que se generan durante el proceso de rebote entre la botella y pelota, de naturaleza elástica, y el agua en el interior de la botella, que es fluida, añaden una capa de complejidad a la explicación del fenómeno pues permiten la coexistencia de partes que fluyen y que se comprimen simultáneamente, tal como sucedería en un material no newtoniano al estar sometido a un impacto.
La publicación en la revista “Physical Review Letters” y su elección como Editor’s Suggestion subrayan la importancia y relevancia del estudio realizado por la USACH en colaboración con la UOH. De la misma forma, la organización de físicos American Physical Society replicó este descubrimiento en la revista “Physics Magazine”, que selecciona periódicamente investigaciones científicas con la capacidad de cambiar rumbos en la investigación e inspirar nuevas formas de pensar.
Con este estudio pionero, la USACH continúa demostrando su compromiso con la excelencia científica y la investigación de vanguardia. El impacto de este descubrimiento impulsa el progreso en el campo de la física y despierta la curiosidad de personas de todas las edades en torno a los fenómenos científicos que nos rodean, demostrando una vez más que la ciencia puede encontrar respuestas fascinantes en fenómenos aparentemente simples de la vida cotidiana.
Para acceder al estudio completo publicado en la revista Physical Review Letters ingresa al siguiente enlace.
Por Irma Fernández Pacheco
