Bolas de acero hacen salpicaduras en la arena

Manuel Carlevaro: Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET-UNLP)

El aire entre los granos de arena hacen que la misma actúe como un fluido, de acuerdo con físicos holandeses que arrojaron bolas sobre arena para simular impacto de meteoritos. Realizando experimentos en una cámara al vacío, los investigadores descubrieron que las bolas penetraron más profundo en la arena y arrojaban más material a mayores presiones ambientes.

Estos resultados arrojan nueva luz sobre la relación entre sistemas granulares y fluidos. Dos años atrás, Detlef Lohse y un equipo de físicos de la Universidad de Twente, idearon un mecanismo para la formación de cráteres arrojando bolas metálicas en camas de arena. Encontraron que el impacto arroja arena hacia afuera, en una salpicadura con forma de corona, dejando que la bola penetre más profundamente en la superficie, creando un hoyo. Entonces, la presión de la arena fuerza a los granos a llenar el hoyo, causando un chorro vigoroso de arena que se dispara hacia el aire desde el centro.

Los investigadores concluyeron que este mecanismo es muy similar a lo que sucede en un líquido. Esto significa que, bajo ciertas circunstancias, las conocidas ecuaciones de la dinámica de fluidos podrían ser utilizadas para describir los poco comprendidos sistemas granulares como la arena.

Ahora, Lohse y colaboradores han avanzado un paso más y encontraron que la presión del aire sobre la arena está relacionada con la altura del chorro y la profundidad a la que penetra la bola. En un nuevo conjunto de experimentos, arrojaron bolas de acero de 1,4 cm en una cama de arena de 40 cm de profundidad. Pero esta vez pusieron todo el aparato en un contenedor en el que podían hacer vacío con una bomba de aire y midieron la profundidad a la que penetraron las bolas. A menor presión de aire, encontraron que el chorro es menos vigoroso, y que las bolas no penetran tan profundo.

Los investigadores afirman que esto se debe a que una menor presión significa que hay menos aire alrededor de la bola y de los granos de arena, incrementando el arrastre y haciendo que la arena se comporte menos como un fluido. El resultado es una menor penetración y un chorro más corto. "Esto revela la importancia del aire en la materia granular fina", afirma Lohse. Gabriel Caballero, co-autor del trabajo, dijo que el estudio tendría eventuales aplicaciones que van desde el diseño de sondas espaciales que deben aterrizar en otros planetas, al mezclado de polvos químicos en la industria farmacéutica. El equipo se encuentra ahora investigando cómo la salpicadura de arena crea el cráter originado.

Fuente: PhysicsWeb

Referencia: Physical Review Letters, 99, 018001 (2007).