El secreto detrás de la supervivencia de los castillos de arena radica en un fenómeno físico llamado condensación capilar. Su importancia no se limita solo a las playas, sino que tiene aplicaciones tecnológicas en la microelectrónica, la industria farmacéutica y alimentaria.

El misterio de 150 años, que subyace a un fenómeno natural y ayudó a construir castillos de aire, ha sido resuelto por un equipo de científicos de la Universidad de Manchester, dirigido por el Premio Nobel de Física André Geim.

Hay un proceso microscópico llamado «condensación capilar» que actúa como el superpegamento invisible que mantiene unidos los granos de arena en los castillos. Sin ella, esos castillos serían una caída desastrosa

La condensación capilar es omnipresente, incluso se encuentra en nuestro ambiente y en materiales porosos. Este fenómeno altera las propiedades de los medios granulares y porosos, como la adhesión, la fricción, la lubricación y la corrosión. Es como magia

La condensación capilar es un fenómeno que ocurre cuando el vapor de agua se convierte en agua líquida y se queda atrapado en pequeños espacios, como los poros de un material poroso o entre dos superficies muy juntas. Imagina que tienes una esponja muy absorbente y la sumerges en agua. La esponja absorberá el agua y se llenará de gotitas en su interior.

Lo mismo sucede con algunos materiales, como la arena. Cuando construyes un castillo de arena en la playa y la humedad del aire es alta, las partículas de arena se humedecen y se pegan unas a otras. El agua actúa como un pegamento que mantiene unidos los granitos de arena, formando el castillo.

Origen y comprobación de la teoría

Y ¿De dónde viene toda esta magia? Hace mucho tiempo, un señor llamado Lord Kelvin hizo una ecuación para describir este fenómeno, y resulta que tenía razón, al menos un poco. Aunque nadie le creía del todo como suele ocurrir con los físicos locos, pero eso no importa. Este hombre observó y analizó el comportamiento del menisco, la curva que forma la superficie del agua en tubos de pequeño diámetro. Basándose en estas observaciones, Kelvin desarrolló la ecuación que lleva su nombre.

Lo emocionante es que los científicos de Manchester crearon unos tubitos minúsculos para probarlo, y funcionó La teoría de Kelvin es tan poderosa que incluso funciona en escalas tan diminutas

La sorprendente verdad es que la ecuación de Kelvin resulta aplicable a la condensación capilar, ya que el líquido atrapado forma un menisco. Aunque ha sido utilizada como la mejor aproximación disponible para estudiar este fenómeno y sus efectos en los materiales, siempre ha existido la duda de su validez a escala microscópica. Irónicamente, el propio Lord Kelvin sembró esta duda en el artículo donde presentó su ecuación. Vaya falta de autoconfianza.

Los experimentos demostraron que la ecuación de Kelvin puede detectar la condensación capilar incluso en los capilares más pequeños, menos cualitativamente. Esto no solo es sorprendente, sino contrario a las expectativas generales, porque el agua cambia sus propiedades a menor escala y su estructura se vuelve claramente discreta y en capas.

Ahondando en la física de la condensación capilar

La condensación capilar, un fenómeno clásico, está a nuestro alrededor, y propiedades importantes como la fricción, la adherencia, la fricción, la lubricación y la corrosión se ven muy afectadas, si no gobernadas por ella”, explica Geim. “Este fenómeno es importante en muchos procesos tecnológicos utilizados por las industrias microelectrónica, farmacéutica, alimentaria y de otro tipo, y al mismo tiempo, los castillos de aire no podrían construirse si no estuvieran perforados por la condensación capilar”.

El vapor de agua se condensa espontáneamente en el ambiente, incluso en el interior de materiales porosos o entre superficies en contacto. En el caso del castillo de arena, el agua sirve como una especie de pegamento que mantiene unidos los granos, a través de estas fuerzas capilares. Esta es una consecuencia observable de este fenómeno, pero también ocurre cuando las capas de agua son gruesas y con pocas moléculas.

La primera descripción macroscópica aproximada de la condensación capilar fue propuesta en 1871 por Lord Kelvin, un físico de Victoria. Década tras década, la llamada ‘ecuación de Kelvin’ parecía funcionar razonablemente bien a escala microscópica, a pesar de la poca evidencia científica que la respaldaba, en este punto.

Para poner a prueba la prueba de Kelvin, los investigadores crearon capilares artificiales, algunos de solo un átomo de altura, los capilares más pequeños que se poseían, que podían acomodar solo una capa de moléculas de agua. La idea era descubrir cómo un fenómeno fundamentalmente microscópico que involucra unas pocas capas moleculares de agua puede describirse razonablemente utilizando ecuaciones macroscópicas y características macroscópicas de la masa de agua.

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