En el siglo XIX, el científico británico Osborne Reynolds inyectó tinta en agua a través de un tubo corto y transparente a fin de observar su movimiento como parte de unos experimentos en los cuales se demostró que, a medida que se incrementaba la velocidad del agua, el flujo pasaba de laminar, es decir, suave o predecible, a turbulento. De esta forma se inició la mecánica de fluidos, pero, quedaba una pregunta pendiente: ¿por qué se producen estas transiciones entre flujos laminar y turbulentos?
Científicos contemporáneos han tomado la posta. Un equipo dirigido por Nigel Goldenfeld, catedrático distinguido de Física de la Universidad de California en San Diego, y Björn Hof, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria, han utilizado la mecánica estadística para resolver este antiguo enigma.
Y si investigadores de la Universidad de Lehigh recurrieron a la mayonesa para comprender los procesos de la fusión nuclear, este equipo utiliza una popular bebida para encontrar la respuesta al problema que data de 1883.
Los investigadores, que han publicado su trabajo en Nature Physics, observaron el problema no solo desde la perspectiva de los fluidos mecánicos, sino también desde el punto de vista de la mecánica estadística.
¿Qué es la mecánica estadística?
Es una rama de la física que usa las matemáticas para describir el comportamiento de sistemas con un gran número de partículas.
Usualmente esto se aplica a sistemas en equilibrio; sin embargo, en este problema en particular hay un detalle: la turbulencia no está en equilibrio.
El equipo, no obstante, demostró que los fluidos se mueven a través de una tubería en una transición de fase de no equilibrio, conocida como percolación dirigida, en el punto de transición entre el flujo suave y el turbulento.
Y aquí es donde una bebida que usualmente filtramos para el desayuno entra a tallar.
La tormenta en la taza de café
Cuando el café se está filtrando, el agua se mueve a través de los granos de café a una velocidad determinada y fluye hacia abajo. Este flujo es lo que se conoce como percolación dirigida.
En términos de física, la mejor taza de café se consigue cuando ocurre la transición de percolación dirigida. (Foto: RyanJLane / iStock)
Si el filtrado es muy rápido, el café no estará muy fuerte. Pero tampoco puede ser tan lento que el agua se derrame.
La mejor taza de café se logra cuando ocurre el equilibrio entre una velocidad lo suficientemente lenta como para absorber el sabor de los granos, sin acumularse.
En términos de física, la mejor taza de café se consigue cuando ocurre la transición de percolación dirigida.
“Este problema existe desde hace casi 150 años y su solución requirió un poco de pensamiento poco convencional”, comentó Goldenfeld, quien también tiene cargos en la Escuela de Ingeniería Jacobs y el Instituto de Ciencia de Datos Halicioğlu. “Y tiempo. Algunos de los miembros del equipo han estado trabajando en este aspecto del problema durante más de una década”, recalcó el científico.
