La forma real de las gotas
Todos pueden dibujar una gota de lluvia, ¿Verdad? La mayoría de las personas no dibujan gotas de lluvia que se parecen a su verdadera forma.
Le pedí a mis hijas de 10 y 6 años que dibujaran cómo creían que era una gota de lluvia, al menos obtienen un poco de ciencia durante su educación en el hogar por el confinamiento ocasionado por la pandemia del COVID-19.
Mi hija de 6 años dibujó una lágrima con una parte superior rizada, tomó unas cuantas veces para obtener el rizo justo a su gusto. Mi hija de 10 años dijo que tenía dos ideas. El primero era una lágrima, con un punto y el segundo era solo una línea casi vertical. Ella dijo que cuando miras la lluvia, así es como se ve realmente.
Lamentablemente, mis dos hijas estaban equivocadas. Cuando vemos lluvia por la ventana o en la televisión, como dice mi hija mayor, la vemos en en forma de rayas verticales o diagonales, si hay un fuerte viento. Pero esto se debe al desenfoque de movimiento, no es la forma real de la gota de lluvia. De hecho, a diferencia de las ideas de mis dos hijas, las gotas de lluvia son cortas y gordas, no altas y delgadas.
¿Por qué las gotas de lluvia son cortas y gordas?
Comencemos con las gotas más pequeñas, llovizna; lo que encuentras cuando crees que puedes escaparte sin un impermeable, pero media hora después, te das cuenta de que estás empapado y no te has dado cuenta. Estas gotas tienen alrededor de una décima de milímetro de diámetro. Como son pequeños, tienen mucha superficie en comparación con su masa. Esto significa que caen lentamente, y la tensión superficial los aprieta en esferas casi perfectas.
¿Qué pasa con una gota mucho más grande, de unos dos milímetros de ancho? Esta es una verdadera gota de lluvia. Su superficie es 400 veces mayor que la llovizna, pero su masa es 8000 veces mayor. Por lo tanto, la masa se ha vuelto más importante, y la tensión superficial le resulta menos capaz de comprimirse en una esfera perfecta. También cae más rápido, por lo que tiene un viento que lo empuja hacia abajo, lo que se conoce como fuerza de arrastre. Es lo mismo que hace que la cara de un paracaidista se vea divertida cuando saltan de un avión.
The Real Shape of Raindrops https://t.co/DCGE6Tu1qz via @fyfluiddynamics
— NatureVolve (@Naturevolve) April 29, 2020
Imagine una gota de 5 milímetros de ancho. Tiene una superficie de 2,500 veces nuestra primera gota de llovizna, pero una masa 125,000 veces más grande. Las gotas de lluvia más grandes jamás medidas son de este tamaño. Ahora, la gota cae mucho más rápido y se vuelve tan plana que terminará estirada delgada como un paracaídas, con el viento tratando de levantara. En este punto, la tensión superficial tiende a fallar por completo y la gota se desgarra en docenas de gotas más pequeñas.
La importancia
Hay dos razones principales por las que esto es importante. Con un tamaño máximo establecido para las gotas de lluvia, podemos usar esta información en las simulaciones que nos dan nuestros pronósticos del tiempo y nos ayudan a predecir cuanto llueve. Esto también es muy útil cuando medimos el clima con el uso de un radar; que envía un haz de ondas de radio a una nube y mide cómo las ondas se recuperan.
El mejor radar puede enviar estas ondas de radio orientadas vertical y horizontalmente, conocidas como polarización. Si obtenemos la misma señal de las ondas verticales y horizontales, sabemos que estamos midiendo gotas esféricas, que deben ser pequeñas lloviznas. Si obtenemos una señal diferente de cada orientación, debemos medir gotas planas, que son mucho más grandes e indican lluvia más fuerte.