El pasado 9 de julio dediqué una entrada en el blog a la elevada velocidad que adquieren las gotas de lluvias durante su caída (http://noticias.eltiempo.tv/gotas-a-la-carrera/). Debo confesarle que siento una especial predilección por los distintos meteoros y sus particularidades. Constituyen un microcosmos que los seres humanos no somos capaces de percibir en toda su dimensión. Las investigaciones llevadas a cabo en el campo de la microfísica de nubes y de los fenómenos de microescala que ocurren en la atmósfera, nos revelan de vez en cuando sorprendentes descubrimientos.
Cuando llueve, aunque nos fijemos atentamente, parece que las gotas de lluvia que caen en ese momento tienen el mismo tamaño, pero no es así. A principios del siglo pasado, los físicos colocaron láminas de papel absorbente bajo la lluvia descubriendo con sorpresa que las gotas de lluvia que caen presentan una gran variedad de tamaños, que van desde los 5 mm de diámetro hasta tamaños por debajo del milímetro. Pudo comprobarse que esta variedad de tamaños es independiente del chubasco en cuestión.
¿Cómo crean las nubes toda una gama de gotas de lluvia de distintos tamaños? Esto ha tenido intrigado a los meteorólogos durante mucho tiempo, y durante todos estos años no se ha explicado muy bien el fenómeno. La explicación favorita se basaba en las colisiones entre gotas.
Ahora, gracias a las filmaciones a alta velocidad se ha podido dilucidar la razón, dando con una explicación más simple de la que se pensaba: las gotas de lluvia explotan en vuelo transformándose en otras más pequeñas.
La idea original era que las gotitas de lluvia crecen según chocan “suavemente” unas con otras, pero a la vez ocurren colisiones más fuertes que hacen que la gotas se rompan, produciendo gotas más pequeñas. Estos procesos pueden explicar la gran distribución en tamaños y formas, pero la modelización matemática resulta harto complicada y muy difícil de resolver. Además, esta teoría presenta un problema, y es que incluso cuando la lluvia es muy fuerte, puede haber unos miles de gotitas por metro cúbico, pero solamente pueden darse unas pocas decenas de colisiones. Las nubes convencionales no son capaces de generar suficientes gotitas como para dar lugar a las colisiones necesarias para justificar la distribución de tamaños observada.
En los videos de alta velocidad se aprecia que el proceso es más sencillo. Los investigadores grabaron a razón de 1.000 fotogramas por segundo gotas aisladas de agua cayendo en una corriente de aire ascendente en condiciones controladas de laboratorio. Se puede ver cómo la gota primero se deforma hasta hacerse plana como una tortilla, para curvarse después e inflarse como si fuera un “paracaídas”. Los bordes de ese paracaídas se engrosan y arrugan produciéndose bultos, hasta que la presión del aire lo rompe formándose numerosas gotitas pequeñas cuya gama de tamaños se debe al tamaño de los bultitos del borde del paracaídas original. De este modo, cada gota se rompería de manera aislada en su camino al suelo, independientemente de sus gotas vecinas.
Según Emmanuel Villermaux, de la Universidad de Marsella, este proceso es suficiente para explicar la gran variedad de tamaños que se observa en las gotas de lluvia, sin necesidad de invocar a unas hipotéticas colisiones. Según este investigador, lo más interesante es que las ecuaciones necesarias para describir la explosión de las gotas son menos complejas que las necesarias para describir las colisiones entre ellas y su coalescencia posterior de manera repetitiva.
Si una gota de lluvia se rompe de una manera estadísticamente predecible, entonces determinar la gama de tamaños de las gotas de un chubasco varía sólo con la intensidad del mismo: una lluvia fuerte da lugar a grandes gotas iniciales y una distribución en tamaños amplia frente una fina lluvia de gotitas pequeñas.
Villermaux, junto a su colaborador de la misma institución Benjamin Bossa, han publicado su estudio en la revista Nature Physics. La nueva idea les vino a estos físicos al tener conocimiento de las transformaciones que sufrían las gotas de combustibles en los motores diesel, que al ser inyectadas en el cilindro son sometidas a un proceso muy similar al descrito. Aunque algunos expertos apoyan este resultado, los meteorólogos, que han creído durante mucho tiempo que el tamaño de las gotas de lluvia es determinado en el interior de las nubes, rechazan en su mayoría esta nueva teoría. El siguiente paso sería observar el fenómeno durante una lluvia real desde un avión. Algo que no parece sencillo. Pese a todo, Villermaux dice que el hallazgo no ayudará a una mejor predicción del tiempo atmosférico: “Es sólo por el placer de comprenderlo”, afirma.
FUENTE: NeoFronteras