Cuando se agita una taza de té, las hojas se juntan en el centro, aunque la fuerza centrífuga las empuja hacia afuera, ¿por qué?

La línea azul es el flujo secundario que empuja las hojas de té a la mitad del fondo.

Agitar el líquido hace que gire alrededor de la taza. Para mantener esta trayectoria curva, se necesita una fuerza centrípeta hacia el centro (similar a la tensión en una cuerda al girar un balde sobre su cabeza). Esto se logra mediante un gradiente de presión hacia afuera (presión más alta en el exterior que en el interior).

Sin embargo, cerca de los bordes inferior y exterior, el líquido es disminuido por la fricción contra la copa. Allí, la fuerza centrípeta es más débil y no puede superar el gradiente de presión, por lo que estas diferencias de presión se vuelven más importantes para el flujo de agua. Esto se llama una capa límite o más específicamente una capa Ekman.

Debido a la inercia, la presión es mayor en el borde que en el medio. Si todo el líquido girara como un cuerpo sólido, la fuerza hacia adentro (centrípeta) coincidiría con la fuerza hacia afuera (inercial) de la rotación y no habría movimiento hacia adentro o hacia afuera.

En una taza de té, donde la rotación es más lenta en la parte inferior, el gradiente de presión toma el control y crea un flujo hacia adentro a lo largo de la parte inferior. Más arriba, el líquido fluye hacia el exterior. Este flujo secundario se desplaza hacia el interior a lo largo del fondo, llevando las hojas al centro, luego hacia arriba, hacia afuera y hacia abajo cerca del borde. Las hojas son demasiado pesadas para levantar hacia arriba, por lo que permanecen en el medio. Combinadas con el flujo de rotación primario, las hojas girarán en espiral hacia adentro a lo largo del fondo.

Fuente -Wikipedia

Cuando se agita el té, el fluido que gira trata de rotar las hojas con él debido a la fricción, las hojas nunca giran a la misma velocidad que el fluido, la fuerza centrífuga es proporcional a la masa, pero cuadrada a la velocidad de las partículas, por lo que se dirigen hacia el centro …

Esta es una pregunta muy interesante y no sé la respuesta. Pero la fuerza centrífuga no es la respuesta, creo.

Las hojas de té son más ligeras, más aún con el vapor atrapado. La agitación provoca un vórtice, y el agua en la superficie que se mueve hacia el centro es succionada más abajo en el centro. Las hojas de té de peso ligero siguen la superficie del agua hacia el centro, pero flotan debido a las burbujas de vapor atrapadas en ellas.

Recuerdo haber visto un video de youtube de un mini hidromasaje en condiciones de congelación. Aquí, el hielo más pesado (que las hojas de té) se acumula alrededor de la periferia.

Cuando se empuja el líquido fuera del centro, regresa más. Las hojas están en el té, por lo que se empujan junto con el líquido hacia el centro. Repetir este proceso hace que más hojas de té sean empujadas hacia el centro.

¡Lo que es la fuerza centrífuga para toda la taza es la fuerza centrípeta para las hojas de té!