¿Por qué las gotas son redondas? (I)

La razón teórica de que las gotas sean esféricas es la misma que justifica porqué los planetas, las estrellas, los cuerpos celestes en general o la propia expansión del universo adopta también esta forma.

Una generalización que nos lleva a una pregunta por elevación, ¿cuál es la razón de que esta forma, la esférica, sea tan abundante en la naturaleza? 

La explicación la tiene la física y una de sus regularidades energéticas universales e inviolables: la ley de la economía.

Vendría a decir algo así como que, todo sistema físico tenderá a alcanzar aquella situación estable, que le haga poseer la mínima cantidad de energía. O sea la ley del mínimo esfuerzo, que es universal

Un mínimo que está asociado, en este caso, a una ventajosa relación superficie/volumen. O lo que es lo mismo. Tomará la forma que le permita tener la mayor cantidad de volumen de materia contenida, con la menor superficie posible.

Una minimización que alcanza su valor máximo con la forma esférica. De ahí que esta distribución geométrica se dé con tanta frecuencia. Sin embargo las gotas, en realidad…

… sólo son esféricas en el vacio

O lo que es lo mismo, en ausencia de fuerzas exteriores. En esta situación de equilibrio, las únicas fuerzas intervinientes son las internas que se dan entre las moléculas heteropolares del agua, que componen lo que llamamos gotas.

Unas fuerzas intermoleculares, de naturaleza eléctrica y de las que, lo que conocemos como tensión superficial, no es más que una manifestación en los líquidos.

Ellas son las causantes de la unión entre los millones de moléculas que conforman la gota y las responsables de su geometría esférica, mientras que esté en reposo.

Pero claro que esto es en una gota ideal. Las gotas reales son atraídas por la Tierra y presionadas por el aire. Es decir que están sometidas a fuerzas exteriores que actúan sobre ellas. Y entonces la cosa cambia. Por eso en realidad las gotas en reposo…

… tienen forma de hamburguesa, cuando están en reposo sobre una superficie horizontal

En efecto ésta es la forma que, más o menos, adoptan. Tienden a ser esféricas por lo apuntado anteriormente pero, claro, ahora hay fuerzas exteriores que la aplastan. En concreto dos.

La que ejerce la Tierra sobre ella, actuando a distancia, de naturaleza gravitatoria y carácter atractivo. Es la que la hace caer. Y la que ejerce la superficie en la que está, actuando por contacto, de naturaleza electromagnética y carácter repulsivo. Es la que impide que caiga.

A la primera se la denomina peso (P) y a la segunda normal (N). Y si la gota está en reposo (ni sube ni baja) es porque ambas fuerzas son iguales. O sea está en equilibrio. Seguro que lo recuerdan de la ESO.

Ellas, me refiero a las fuerzas peso, normal e intermoleculares son las responsables de esa forma achatada con bordes redondeados que la gota presenta.

Es seguro que la ha podido ver cuando, de pequeño, jugaba con ese poco del metal líquido mercurio, Hg (l), derramado al romperse el termómetro. Un peligro que ya hemos traído al blog. (Continuará)