Gota (líquido)

Una gota o gotita es una pequeña columna de líquido , limitada completamente o casi completamente por superficies libres . Una gota puede formarse cuando el líquido se acumula en el extremo de un tubo u otro límite de superficie, produciendo una gota colgante llamada gota colgante. Las gotas también pueden formarse por la condensación de un vapor o por la atomización de una masa mayor de sólido . El vapor de agua se condensará en gotitas dependiendo de la temperatura. La temperatura a la que se forman las gotitas se llama punto de rocío .

El líquido forma gotas porque presenta tensión superficial . ^[1]

Una forma sencilla de formar una gota es dejar que el líquido fluya lentamente desde el extremo inferior de un tubo vertical de pequeño diámetro. La tensión superficial del líquido hace que éste cuelgue del tubo, formando un colgante. Cuando la gota supera un determinado tamaño, ya no es estable y se desprende. El líquido que cae también es una gota que se mantiene unida por la tensión superficial.

Algunas sustancias que parecen sólidas pueden resultar ser en realidad líquidos extremadamente viscosos , porque forman gotas y muestran un comportamiento de gotita. En los famosos experimentos de gotas de brea , se demuestra que la brea (una sustancia similar al betún sólido ) es un líquido de esta manera. La brea en un embudo forma lentamente gotitas, y cada gota tarda unos 10 años en formarse y romperse.

En la prueba de caída colgante, una gota de líquido se suspende del extremo de un tubo o de cualquier superficie mediante tensión superficial . La fuerza debida a la tensión superficial es proporcional a la longitud del límite entre el líquido y el tubo, y la constante de proporcionalidad suele denotarse como . ^[2] Dado que la longitud de este límite es la circunferencia del tubo, la fuerza debida a la tensión superficial se expresa como${\estilo de visualización \gamma}$

${\displaystyle \,F_{\gamma }=\pi d\gamma }$

donde d es el diámetro del tubo.

La masa m de la gota que cuelga del extremo del tubo se puede encontrar igualando la fuerza debida a la gravedad ( ) con el componente de la tensión superficial en la dirección vertical ( ), dando la fórmula${\displaystyle F_{g}=mg}$${\displaystyle F_{\gamma }\sin \alpha }$

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma \sin \alpha }$

donde α es el ángulo de contacto con la superficie frontal del tubo y g es la aceleración debida a la gravedad.

El límite de esta fórmula, cuando α tiende a 90°, da el peso máximo de una gota colgante para un líquido con una tensión superficial dada, .${\estilo de visualización \gamma}$

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma }$

Esta relación es la base de un método conveniente para medir la tensión superficial, que se utiliza comúnmente en la industria petrolera. Existen métodos más sofisticados que tienen en cuenta la forma que adquiere el colgante a medida que la gota crece. Estos métodos se utilizan si se desconoce la tensión superficial. ^{[3] [4]}

La adherencia de una gota a un sólido se puede dividir en dos categorías: adherencia lateral y adherencia normal. La adherencia lateral se asemeja a la fricción (aunque tribológicamente la adherencia lateral es un término más preciso) y se refiere a la fuerza necesaria para deslizar una gota sobre la superficie, es decir, la fuerza para desprender la gota de su posición en la superficie solo para trasladarla a otra posición en la superficie. La adherencia normal es la adherencia necesaria para desprender una gota de la superficie en la dirección normal, es decir, la fuerza para hacer que la gota salga volando de la superficie. La medición de ambas formas de adherencia se puede realizar con la balanza de adherencia centrífuga (CAB). La CAB utiliza una combinación de fuerzas centrífugas y gravitacionales para obtener cualquier relación de fuerzas laterales y normales. Por ejemplo, puede aplicar una fuerza normal a una fuerza lateral cero para que la gota salga volando de la superficie en la dirección normal o puede inducir una fuerza lateral a una fuerza normal cero (simulando gravedad cero ).

El término gota es una forma diminuta de 'gota' y, como guía, se usa generalmente para partículas líquidas de menos de 500 μm de diámetro. En la aplicación por pulverización , las gotas suelen describirse por su tamaño percibido (es decir, diámetro), mientras que la dosis (o número de partículas infecciosas en el caso de los biopesticidas ) es una función de su volumen. Este aumenta en una función cúbica en relación con el diámetro; por lo tanto, una gota de 50 μm representa una dosis en 65 pl y una gota de 500 μm representa una dosis en 65 nanolitros.

Una gota con un diámetro de 3 mm tiene una velocidad terminal de aproximadamente 8 m/s. ^[5] Las gotas de menos de 1 mm de diámetro alcanzarán el 95% de su velocidad terminal en 2 m . Pero por encima de este tamaño, la distancia para alcanzar la velocidad terminal aumenta bruscamente. Un ejemplo es una gota con un diámetro de 2 mm que puede alcanzarla a 5,6 m . ^[5]

Debido al diferente índice de refracción del agua y el aire , se produce refracción y reflexión en las superficies de las gotas de lluvia , lo que da lugar a la formación del arco iris .

Gotas cayendo al agua

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La principal fuente de sonido cuando una gota golpea la superficie de un líquido es la resonancia de las burbujas excitadas atrapadas bajo el agua. Estas burbujas oscilantes son responsables de la mayoría de los sonidos de los líquidos, como el agua que corre o las salpicaduras, ya que en realidad consisten en muchas colisiones de gotas con el líquido. ^{[6] [7]}

Reducir la tensión superficial de un líquido permite reducir o evitar el ruido producido por la caída de gotas en su interior. ^[8] Esto implicaría añadir jabón , detergente o una sustancia similar al agua. La tensión superficial reducida reduce el ruido producido por el goteo.

La forma clásica asociada con una gota (con un extremo puntiagudo en su lado superior) proviene de la observación de una gota adherida a una superficie. La forma de una gota que cae a través de un gas es en realidad más o menos esférica para gotas de menos de 2 mm de diámetro. ^[9] Las gotas más grandes tienden a ser más planas en la parte inferior debido a la presión del gas a través del cual se mueven. ^[10] Como resultado, a medida que las gotas se hacen más grandes, se forma una depresión cóncava que conduce a la ruptura final de la gota.

La longitud capilar es un factor de escala de longitud que relaciona la gravedad , la densidad y la tensión superficial , y es directamente responsable de la forma que adoptará una gota de un fluido específico. La longitud capilar se deriva de la presión de Laplace , que utiliza el radio de la gota.

Utilizando la longitud del capilar podemos definir microgotas y macrogotas. Las microgotas son gotitas con un radio menor que la longitud del capilar, donde la forma de la gota está determinada por la tensión superficial y forman una especie de casquete más o menos esférico. Si una gota tiene un radio mayor que la longitud del capilar, se conocen como macrogotas y las fuerzas gravitacionales dominarán. Las macrogotas serán "aplanadas" por la gravedad y la altura de la gota se reducirá. ^[11]

Los tamaños de las gotas de lluvia suelen oscilar entre 0,5 mm y 4 mm, y las distribuciones de tamaño disminuyen rápidamente cuando los diámetros superan los 2-2,5 mm. ^[12]

Tradicionalmente, los científicos creían que la variación del tamaño de las gotas de lluvia se debía a las colisiones que sufrían al caer al suelo. En 2009, unos investigadores franceses consiguieron demostrar que la distribución de los tamaños se debía a la interacción de las gotas con el aire, que deforma las gotas más grandes y las hace fragmentarse en gotas más pequeñas, lo que limita las gotas de lluvia más grandes a unos 6 mm de diámetro. ^[13] Sin embargo, las gotas de hasta 10 mm (el equivalente en volumen a una esfera de 4,5 mm de radio) son teóricamente estables y podrían levitar en un túnel de viento. ^[9] La gota de lluvia más grande registrada tenía 8,8 mm de diámetro y se encontraba en la base de un cúmulo congestus en las proximidades del atolón de Kwajalein en julio de 1999. Una gota de lluvia de tamaño idéntico se detectó sobre el norte de Brasil en septiembre de 1995. ^[14]

En medicina , esta propiedad se aprovecha para crear goteros y equipos de infusión intravenosa que tienen un diámetro estandarizado , de tal forma que 1 mililitro equivale a 20 gotas . Cuando se necesitan cantidades menores (como en pediatría), se utilizan microgoteros o equipos de infusión pediátricos, en los que 1 mililitro = 60 microgotas. ^[15]

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  Tinte azul que se deja caer en un platillo de leche
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  Impacto de una gota de agua
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  Retroceso por impacto de caída
• Gotas de lluvia impactando y goteando
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  Una gota de agua que golpea una superficie metálica y la formación de una corona debido a la salpicadura de la gota.
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  Una gota de agua que golpea una superficie metálica húmeda y expulsa más gotitas, que se convierten en glóbulos de agua y se deslizan por la superficie del agua.
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  Una gota de agua sobre una hoja, efecto hidrofóbico , humectación parcial .
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  Un triple retroceso después del impacto
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  Fotografía de una gota de lluvia sobre una fronda de helecho.
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  Desprendimiento de la gota
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  Gotas de agua que se forman al salir del cabezal de la ducha
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  Una gota de agua sobre una Asteraceae
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  Gotas de agua refractando una pequeña flor
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  Una gota de lluvia sobre una hoja
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  Gotas de agua sobre el vidrio
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  Gotas de agua de una fuente como las que se ven en una exposición muy corta
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  Gotas de lluvia sobre hojas de rosas
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  Flujo de agua de lluvia desde un dosel. Entre las fuerzas que rigen la formación de gotas se encuentran la tensión superficial , la cohesión , la fuerza de Van der Waals y la inestabilidad Plateau-Rayleigh .

• Experimento de caída de tono
• Lluvia
• Salpicaduras (dinámica de fluidos)
• Erosión por gotas de agua
• Tetera goteando

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Gotas .

• Escultura líquida – imágenes de gotas
• Arte líquido: galerías de fotografías artísticas de gotas (archivadas el 19 de marzo de 2008)
• Cálculo (muy variable) del desperdicio de agua de un grifo que gotea: [1], [2] (archivado el 13 de agosto de 2009 en Wayback Machine )