Los académicos Miguel Ángel Herrada, de la Universidad de Sevilla, y Jens G. Eggers, de la Universidad de Bristol, han descubierto un mecanismo para explicar el movimiento inestable de las burbujas que ascienden en el agua. Según los investigadores, los resultados, que se publican en la prestigiosa revista PNAS, pueden ser útiles para comprender el movimiento de partículas cuyo comportamiento es intermedio entre un sólido y un gas.

Leonardo da Vinci observó hace cinco siglos que las burbujas de aire, si son lo suficientemente grandes, se desvían periódicamente en zigzag o espiral del movimiento en línea recta. Sin embargo, nunca se ha encontrado una descripción cuantitativa del fenómeno o mecanismo físico para explicar este movimiento periódico.

Lo más curioso de la observación de Leonardo es que son sólo las burbujas más grandes las que zigzaguean o giran en espiral hacia la superficie, no las pequeñas, a pesar de que las mismas fuerzas físicas actúan sobre cada una.

Boceto de Leonardo que muestra el movimiento en espiral de una burbuja ascendente (de su manuscrito conocido como Codex Leicester). Foto: Universidad de Sevilla.

Herrada y Eggers señalaron que no solo nunca se ha explicado el movimiento de las burbujas, sino que tampoco se ha descrito matemáticamente.

Pero ahora, los autores de este nuevo artículo han desarrollado una técnica de discretización numérica para caracterizar con precisión la interfaz aire-agua de la burbuja, lo que les permite simular su movimiento y explorar su estabilidad. Sus simulaciones coinciden estrechamente con las mediciones de alta precisión del movimiento inestable de las burbujas y muestran que las burbujas se desvían de una trayectoria recta en el agua cuando su radio esférico supera los 0,926 milímetros, un resultado dentro del 2 % de los valores experimentales obtenidos con agua ultrapura en los años 90.

Los investigadores proponen un mecanismo para la inestabilidad de la trayectoria de la burbuja mediante el cual la inclinación periódica de la burbuja cambia su curvatura, lo que afecta la velocidad ascendente y provoca un bamboleo en la trayectoria de la burbuja, inclinando hacia arriba el lado de la burbuja cuya curvatura ha aumentado. Luego, a medida que el fluido se mueve más rápido y la presión del fluido cae alrededor de la superficie de alta curvatura, el desequilibrio de presión devuelve la burbuja a su posición original, reiniciando el ciclo periódico.