La nucleación de hielo en las gotas que se están congelando puede aumentar repentinamente la velocidad de estas por un mecanismo a reacción similar al de un cohete.
Un equipo de investigadores estaban observando cómo se congelaban espontáneamente gotas de agua superenfriada en movimiento cuando notaron algo inesperado: las gotas desaparecían de pronto de forma consistente. Inicialmente pensaron que las gotas perdidas se habían hecho añicos al congelarse. Pero, comprobándolo con más detenimiento, encontraron que las gotas congeladas seguían estando ahí, simplemente se habían salido de foco.
El equipo ha desarrollado un modelo cuantitativo para describir este comportamiento, atribuyéndolo a un mecanismo de propulsión similar al de un cohete e inducido por el proceso de congelación. Este modelo pordría servir de base para diseñar sistemas autopropulsados que tomen su energía de transiciones de fase.
Estos resultados vienen a sumarse a una creciente bibliografía sobre gotas autopropulsadas. Los mecanismos causantes del movimiento varían enormemente, pero todos tienen en común que implican el concepto de ruptura de la simetría.
Para las gotas congeladas esta ruptura de simetría surge cuando la nucleación del hielo comienza alejada del centro. Cuando el hielo se nuclea, el cambio en la estructura libera calor latente, lo que hace que la tasa de evaporación local aumente repentinamente y, si la nucleación está descentrada, esta evaporación potenciada se produce de manera desigual sobre la superficie de la gota. Como un cohete que expulsa gases generados por una reacción química, esta evaporación asimétrica aumenta el momento de la gota, y el modelo del equipo predice velocidades máximas de casi 1 m/s.
Este mecanismo de propulsión tiene una característica única que podría hacerlo atractivo para futuras aplicaciones: a diferencia de la mayoría de las partículas autopropulsadas no requiere ni superficies ni fluido circundante (los experimentos se realizaron en el vacío).
Referencia:
C. A. Stan et al. (2023) Rocket drops: The self-propulsion of supercooled freezing drops Phys. Rev. Fluids doi: 10.1103/PhysRevFluids.8.L021601
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Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
