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Físicos chilenos descubren mecanismo para generar corrientes superficiales en líquidos

David Azócar

Encargado de Comunicaciones Instituto Milenio de Óptica MIRO

El descubrimiento reunió a científicos de las Universidades de Chile, O’Higgins y Santiago de Chile y se desarrolló íntegramente en suelo nacional.  El hallazgo fue publicado en la última edición de la prestigiosa revista internacional Physical Review Letters

“Hemos descubierto un nuevo mecanismo para generar corrientes en la superficie del agua o cualquier líquido”, así lo afirma Nicolás Mujica, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, quien es también Doctor en Física, de la Universidad Paris 6 (Francia).

“Esto generará aplicaciones muy importantes, desde procesos de mezcla eficientes en superficies líquidas, hasta la separación de contaminantes superficiales para la limpieza sencilla de tanques industriales”, explica el Dr. Pablo Gutiérrez, profesor del Instituto de Ciencias de la Ingeniería, de la Universidad de O’Higgins.

El trabajo tiene un gran mérito, “encontramos un mecanismo hasta ahora desconocido de generación de corrientes debido a la presencia de paredes móviles y que lleva a la generación de remolinos muy particulares. Es un gran resultado, que se está reportando a la comunidad científica por primera vez”, explica Nicolás Périnet, Investigador asociado al Laboratorio de Materia Fuera del Equilibrio, DFI.

Dos experimentos para dar con un mecanismo

Para lograr sus resultados, el equipo internacional de investigadores utilizó un montaje de ondas de Faraday (ondas generadas por vibraciones del contenedor) y otro con un disco rotatorio, que fue fabricado con impresión 3D y corte láser en la Universidad de Santiago de Chile. 

Las medidas se realizaron con una cámara rápida Phantom, de las que se usan para registrar movimientos tan rápidos que son imperceptibles al ojo humano, añade Leonardo Gordillo, académico especializado en Mecánica de Fluidos del Departamento de Física de la Facultad de Ciencia de la Universidad de Santiago de Chile.

“Hicimos dos experimentos: en el primero tomamos una cubeta llena de agua, que espolvoreamos con partículas para visualizar los movimientos en la superficie del líquido. Vibramos verticalmente la cubeta para generar una onda. Ésta gatilla las corrientes que descubrimos, algo evidenciado por cómo se organizaron las partículas que agregamos. El segundo experimento lo hicimos con un disco vertical que alterna su dirección de giro. Al sumergirlo en el agua hasta la mitad, ejercemos fuerzas sobre el fluido similares a las del primer experimento pero prescindiendo de la onda. Observamos exactamente el mismo tipo de corrientes, lo que nos permitió identificar el origen del fenómeno y asociarlo a la pared”, explica el Dr. Héctor Alarcón, investigador de la Universidad de O’Higgins y quien estuvo trabajando en este proyecto por tres años. Además, el equipo realizó simulaciones numéricas de alta complejidad.

El siguiente paso en la investigación será medir con más detalle las velocidades en la superficie del líquido con medidas tridimensionales del sistema. “Esto nos llevará a poner números a ciertas cantidades de interés. Hecho lo anterior, manipularemos objetos flotantes sin un contacto directo, usando las corrientes que hemos descubierto a través de los bordes móviles”, concluye Matías Herrera, Licenciado en Física Aplicada de la Universidad de Santiago de Chile y cuya tesis de Ingeniería Física abordará el tema.

En el trabajo participaron Héctor Alarcón, Universidad de O’Higgins y DFI, U. de Chile; Matías Herrera, Universidad de Santiago de Chile; Nicolás Périnet (francés) y Nicolás Mujica del Departamento de Física FCFM de la Universidad de Chile; Pablo Gutiérrez, Universidad de O’Higgins y Leonardo Gordillo (peruano) de la Universidad de Santiago de Chile.

Para ver el artículo original publicado por la revista Physical Review Letters bajo el título Faraday-waves contact-line shear gradient induces streaming and tracer self-organization: From vortical to hedgehog-like patterns (En español: Ondas de Faraday induce corrientes y auto-organización de partículas: desde patrones vorticales hasta patrones“erizados”) 
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.254505


Además, debido a la relevancia de la investigación, el trabajo también fue seleccionado por la revista Physics Magazine de la American Physical Society para una nota de divulgación que se puede revisar en: https://physics.aps.org/articles/v13/200.

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