Explicación científica al 'efecto tetera'

Descripción del efecto tetera - SCHEICHL ET AL./JOURNAL OF FLUID MECHANICS

   MADRID, 10 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo de investigación de TU Wien ha logrado describir el "efecto tetera" de forma completa y detallada con un análisis teórico elaborado y numerosos experimentos.

   Si un líquido se vierte de una tetera, o recipiente similar, con demasiada lentitud, el flujo de líquido a veces no se desprende de la tetera y llega hasta la taza, sino que gotea en el exterior de la tetera. Este fenómeno se ha estudiado científicamente durante décadas

   La nueva investigación ha determinado que "una interacción de diferentes fuerzas mantiene una pequeña cantidad de líquido directamente en el borde, y esto es suficiente para redirigir el flujo de líquido en determinadas condiciones".

   El "efecto tetera" fue descrito por primera vez por Markus Reiner en 1956. Reiner obtuvo su doctorado en TU Wien en 1913 y luego emigró a los Estados Unidos, donde se convirtió en un pionero importante de la reología, la ciencia del comportamiento de flujo. Una y otra vez, los científicos han tratado de explicar este efecto con precisión. El trabajo sobre este tema fue galardonado con el satírico "Premio Nobel IG" en 1999.

   Ahora, la investigación sobre el efecto tetera ha cerrado el círculo, ya que fue estudiado en el alma mater de Reiner, la TU Wien, por un equipo del doctor Bernhard Scheichl, profesor en el Instituto de Mecánica de Fluidos y Transferencia de Calor y Científico Clave en el Centro Austriaco de Excelencia para Tribología (AC2T research GmbH), en cooperación con el Departamento de Matemáticas del University College London.

   "Aunque este es un efecto muy común y aparentemente simple, es muy difícil explicarlo exactamente dentro del marco de la mecánica de fluidos", dice en un comunicado Bernhard Scheichl. El borde afilado en la parte inferior del pico de la tetera juega el papel más importante: se forma una gota, el área directamente debajo del borde siempre permanece húmeda. El tamaño de esta gota depende de la velocidad a la que el líquido sale de la tetera. Si la velocidad es inferior a un umbral crítico, esta caída puede dirigir todo el flujo alrededor del borde y gotear hacia la pared exterior de la tetera.

   "Ahora hemos logrado por primera vez proporcionar una explicación teórica completa de por qué se forma esta gota y por qué la parte inferior del borde siempre permanece mojada", dice Bernhard Scheichl.

   Las matemáticas detrás de esto son complicadas: es una interacción de inercia, fuerzas viscosas y capilares. La fuerza de inercia asegura que el fluido tiende a mantener su dirección original, mientras que las fuerzas capilares ralentizan el fluido justo en el pico. La interacción de estas fuerzas es la base del efecto tetera. Sin embargo, las fuerzas capilares aseguran que el efecto solo comience en un ángulo de contacto muy específico entre la pared y la superficie del líquido. Cuanto más pequeño es este ángulo o más hidrófilo (es decir, humectable) el material de la tetera, más se ralentiza la separación del líquido de la tetera.

   Curiosamente, la fuerza de la gravedad en relación con las otras fuerzas que se producen no juega un papel decisivo. La gravedad simplemente determina la dirección en la que se dirige el chorro, pero su fuerza no es decisiva para el efecto tetera. Por lo tanto, el efecto de la tetera también se observaría al beber té en una base lunar, pero no en una estación espacial sin gravedad.

   Los cálculos teóricos sobre el efecto de la tetera fueron publicados por el equipo de investigación en septiembre de 2021 en el Journal of Fluid Mechanics. Ahora también se llevaron a cabo experimentos: se vertió agua de una tetera inclinada a diferentes caudales y se filmó con cámaras de alta velocidad. De esta manera, fue posible mostrar exactamente cómo el mojado del borde por debajo de una velocidad de vertido crítica conduce al "efecto tetera", confirmando así la teoría.