Gota de agua

Esquema de un chorro de líquido en proceso de separarse en gotas.

Una gota es un volumen pequeño de algún líquido ( agua, por ejemplo), delimitada casi completamente por superficies encadenadas entre si. La manera más sencilla de formar una gota es permitir que el líquido fluya suavemente hacia el borde de un recipiente. Cuando la gota se exceda de un determinado tamaño, perderá su estabilidad y caerá. Las gotas de agua también se forman por condensación, al enfriar un vapor y por atomización. El peso de la gota más grande que puede colgar del borde de un tubo de radio "a" es (aproximadamente):

donde es la tensión superficial del líquido y α es el ángulo de contacto con el tubo. Este es un método convencional para medir tensión superficial.

Debido a los diferentes índices de refracción del agua y el aire, tanto refracción como reflexión ocurren en la superficie de gotas de lluvia, formando un arcoiris.

A pesar de la creencia común, las gotas de agua no poseen a su caída la forma general con las que icónicamente se les asocia. Estas suelen ser amorfas, es decir, que no existe una forma definida. Sin embargo, debido a la resistencia del aire, la parte inferior sí muestra una cualidad general, se presenta con una forma completamente achatada, asemejando a la figura de una hamburguesa, entre más grande es la gota más fiel es dicha forma, por esa razón es que las gotas de diferentes tamaños se esparcen en diferentes direcciones, lo cual en teoría pudiera explicar la aparición de los extraños arcoíris gemelos.

En medicina y en enfermería, el volumen y tamaño de una gota está definido con un diámetro estandarizado, de tal forma que 1 mililitro son aprox. 20 gotas. De igual manera, para los casos en que se necesita un tamaño de gota más pequeño, existen los micro goteros, en los cuales 1 mililitro son aprox 60 microgotas.

Introducción a la tensión superficial de una gota

En un fluido, las moléculas interaccionan con todas las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, y abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Si la molécula se encuentra en el interior del líquido, la resultante de todas las interacciones será nula. Sin embargo, si la molécula se encuentra en la superficie o próxima a ella, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la resultante de las fuerzas estará dirigida hacia el interior del líquido.

Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, entonces por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.

A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se extiende se le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al aumento de área del líquido. La tensión superficial es numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía superficial con el área. Este exceso de energía no se manifiesta en sistemas ordinarios debido a que el número de moléculas en la superficie es muy pequeño en comparación con el número total del sistema.

El valor de la diferencia de presión entre interior de la gota y la atmósfera es, según la ley de Laplace, tomando :

donde es la presión interior, la exterior, es la tensión superficial y r el radio de la gota.

Gotas de agua sobre la hoja de un árbol.

Se puede ver la dependencia con r y cómo, si r es muy pequeña, la diferencia de presión es muy elevada, lo que implicaría una necesidad de una presión de vapor muy elevada para que se iniciara la condensación. Esta expresión también es válida para una burbuja esférica de aire en el interior de un líquido.

Ley de Laplace (presión debida a la curvatura): la forma de la curva de una superficie de un líquido origina fuerzas dirigidas hacia el interior o hacia el exterior de dicho líquido, según la forma de dicha superficie. Ello da lugar a diferencias de presión entre puntos próximos situados a uno y otro lado de dicha superficie.

con r1 y r2 los radios de curvatura en un punto dado de la superficie.

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