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Logran que una maqueta de barco flote boca abajo sobre un líquido levitante

Científicos de la Universidad de París (Francia) han descubierto cómo crear un aparente efecto antigravedad, al aplicar una vibración vertical concreta sobre un recipiente relleno de materiales de distintas densidades.

Barcos de plástico flotando por encima y por debajo de una capa líquida levitando. / Benjamin Apffel et al.

Un grupo de investigadores de la Universidad de París ha conseguido aparentemente desafiar a la gravedad. Lo han conseguido haciendo flotar boca abajo barcos de plástico en una capa de líquido levitando. Sus responsables atribuyen el mérito a la "magia" de la ciencia y las matemáticas. Los resultados, publicados en la revista Nature, muestran fuerzas de flotabilidad inusuales y podrían impulsar futuras investigaciones sobre el comportamiento de los límites líquidos.

"Con este experimento, descubrimos que, de forma muy contraria a la intuición, los objetos pueden flotar al revés. Esto era novedoso y atractivo", expresa a SINC Emmanuel Fort, investigador de la Escuela Superior de Física y de Química Industriales de París y coautor de la publicación.

"Al hacer vibrar el recipiente del líquido de manera vertical, y a una determinada velocidad, el líquido puede levitar y quedar atrapado entre dos capas menos densas"

La principal novedad que aporta este estudio no es, como se podría pensar, la fórmula para hacer levitar a un líquido, sino el modulado matemático exacto que hay que seguir para que un objeto flote de manera inversa a la gravedad sobre él.

"No sabíamos que ya se había realizado un experimento con un líquido en suspensión. El péndulo de Kapitza (un péndulo estabilizado dinámicamente por la sacudida del eje) nos dio la idea de aplicarlo a los fluidos", describe Fort.

Para crear la ilusión de la levitación, los investigadores vertieron líquidos con una densidad concreta (aceite de silicona o glicerol). Como ocurriría de manera normal, el líquido se depositó en el fondo del matraz. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias –tal y como se detalla en la publicación–, al hacer vibrar el recipiente del líquido de manera vertical, y a una determinada velocidad, se puede conseguir que el líquido levite y quede atrapado entre dos capas menos densas, como si fuesen colchones de aire o líquidos de diferente densidad.

El investigador describe en el trabajo cómo se dieron cuenta de que, al inyectar burbujas de aire con una jeringuilla y agitar el recipiente, las burbujas se hundían. De esta forma, lograban presionar el líquido hacia el centro del recipiente tanto por arriba como por abajo, confiriéndole la capacidad de levitar.

Un desafío para el principio de Arquímedes

Al insertar un objeto por la parte inferior, en este caso una maqueta de un barco, el experimento reveló que esta sacudida vertical también hace que la flotabilidad exista en la superficie inferior del líquido levitado, como si la gravedad se hubiera invertido. Esto es debido a la alta presión que ejerce el aire por la parte de abajo del recipiente.

Este fenónemo solo es posible si se aplican las fuerzas indicadas. Si se varían, el equilibrio se rompe

Por lo tanto, detrás de este aparente efecto antigravedad se encuentran las vibraciones verticales aplicadas. No obstante, este fenónemo solo es posible si se aplican las fuerzas indicadas, según el modelado matemático que han descrito. Si se varían, el equilibrio se rompe.

"Existe una posición de equilibrio en la interfaz inferior. Es decir, si el cuerpo es empujado hacia abajo en la capa de aire inferior caerá y si es empujado hacia arriba, irá a la parte superior. Ese efecto sería inestable sin una sacudida rápida. La sacudida tiene el efecto de estabilizar dinámicamente este equilibrio", explica

Las observaciones hechas por Fort y sus colegas desafían el principio de Arquímedes, según el cual una fuerza de flotación hacia arriba, igual al peso del fluido desplazado, se ejerce sobre un cuerpo sumergido. Aunque por el momento son necesarias futuras investigaciones, este descubrimiento podría tener aplicaciones en el transporte de gases o líquidos. "Esta configuración es un nuevo campo de juego para descubrir nuevos fenómenos y aplicaciones", considera Fort.

"La idea es que como la flotación al revés es estable y el gas puede quedar atrapado de manera similar en los líquidos, el transporte podría ser posible en esta nueva configuración. Asimismo, los objetos flotantes también podrían sustituirse por otro líquido, como pedazos de plástico, barro o aceite", concluye.

Emmanuel Fort et al.: 'Floating under a levitating liquid'. Nature (septiembre, 2020)

Fuente: SINC
Derechos: Creative Commons.
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