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馃帓 Castillos de Arena y F铆sica馃晵 Tiempo estimado: 5 minutos de lectura

Castillos de Arena y F铆sica

El secreto detr谩s de la supervivencia de los castillos de arena radica en un fen贸meno f铆sico llamado condensaci贸n capilar. Su importancia no se limita solo a las playas, sino que tiene aplicaciones tecnol贸gicas en la microelectr贸nica, la industria farmac茅utica y alimentaria.

El misterio de 150 a帽os, que subyace a un fen贸meno natural y ayud贸 a construir castillos de aire, ha sido resuelto por un equipo de cient铆ficos de la Universidad de Manchester, dirigido por el Premio Nobel de F铆sica Andr茅 Geim.

Hay un proceso microsc贸pico llamado 芦condensaci贸n capilar禄 que act煤a como el superpegamento invisible que mantiene unidos los granos de arena en los castillos. Sin ella, esos castillos ser铆an una ca铆da desastrosa

La condensaci贸n capilar es omnipresente, incluso se encuentra en nuestro ambiente y en materiales porosos. Este fen贸meno altera las propiedades de los medios granulares y porosos, como la adhesi贸n, la fricci贸n, la lubricaci贸n y la corrosi贸n. Es como magia

La condensaci贸n capilar es un fen贸meno que ocurre cuando el vapor de agua se convierte en agua l铆quida y se queda atrapado en peque帽os 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 absorber谩 el agua y se llenar谩 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 part铆culas de arena se humedecen y se pegan unas a otras. El agua act煤a como un pegamento que mantiene unidos los granitos de arena, formando el castillo.

Origen y comprobaci贸n de la teor铆a

Y 驴De d贸nde viene toda esta magia? Hace mucho tiempo, un se帽or llamado Lord Kelvin hizo una ecuaci贸n para describir este fen贸meno, y resulta que ten铆a raz贸n, al menos un poco. Aunque nadie le cre铆a del todo como suele ocurrir con los f铆sicos locos, pero eso no importa. Este hombre observ贸 y analiz贸 el comportamiento del menisco, la curva que forma la superficie del agua en tubos de peque帽o di谩metro. Bas谩ndose en estas observaciones, Kelvin desarroll贸 la ecuaci贸n que lleva su nombre.

Lo emocionante es que los cient铆ficos de Manchester crearon unos tubitos min煤sculos para probarlo, y funcion贸 La teor铆a de Kelvin es tan poderosa que incluso funciona en escalas tan diminutas

La sorprendente verdad es que la ecuaci贸n de Kelvin resulta aplicable a la condensaci贸n capilar, ya que el l铆quido atrapado forma un menisco. Aunque ha sido utilizada como la mejor aproximaci贸n disponible para estudiar este fen贸meno y sus efectos en los materiales, siempre ha existido la duda de su validez a escala microsc贸pica. Ir贸nicamente, el propio Lord Kelvin sembr贸 esta duda en el art铆culo donde present贸 su ecuaci贸n. Vaya falta de autoconfianza.

Los experimentos demostraron que la ecuaci贸n de Kelvin puede detectar la condensaci贸n capilar incluso en los capilares m谩s peque帽os, 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 f铆sica de la condensaci贸n capilar

La condensaci贸n capilar, un fen贸meno cl谩sico, est谩 a nuestro alrededor, y propiedades importantes como la fricci贸n, la adherencia, la fricci贸n, la lubricaci贸n y la corrosi贸n se ven muy afectadas, si no gobernadas por ella鈥, explica Geim. 鈥淓ste fen贸meno es importante en muchos procesos tecnol贸gicos utilizados por las industrias microelectr贸nica, farmac茅utica, alimentaria y de otro tipo, y al mismo tiempo, los castillos de aire no podr铆an construirse si no estuvieran perforados por la condensaci贸n capilar鈥.

El vapor de agua se condensa espont谩neamente 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 trav茅s de estas fuerzas capilares. Esta es una consecuencia observable de este fen贸meno, pero tambi茅n ocurre cuando las capas de agua son gruesas y con pocas mol茅culas.

La primera descripci贸n macrosc贸pica aproximada de la condensaci贸n capilar fue propuesta en 1871 por Lord Kelvin, un f铆sico de Victoria. D茅cada tras d茅cada, la llamada ‘ecuaci贸n de Kelvin’ parec铆a funcionar razonablemente bien a escala microsc贸pica, a pesar de la poca evidencia cient铆fica que la respaldaba, en este punto.

Para poner a prueba la prueba de Kelvin, los investigadores crearon capilares artificiales, algunos de solo un 谩tomo de altura, los capilares m谩s peque帽os que se pose铆an, que pod铆an acomodar solo una capa de mol茅culas de agua. La idea era descubrir c贸mo un fen贸meno fundamentalmente microsc贸pico que involucra unas pocas capas moleculares de agua puede describirse razonablemente utilizando ecuaciones macrosc贸picas y caracter铆sticas macrosc贸picas de la masa de agua.

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