El agua puede fluir de varias maneras, muchas de las cuales son sorprendentemente difíciles de analizar. En la física clásica (es decir, la física que no involucra directamente la mecánica cuántica o la relatividad), el movimiento de los líquidos es uno de los problemas más difíciles de estudiar.
El estudio de cómo fluye el agua es parte de una rama de la física llamada dinámica de fluidos, que se divide en hidrodinámica (el estudio de cómo se mueven los líquidos) y la aerodinámica (el estudio de cómo se mueven los gases).
Tanto los líquidos como los gases se llaman “fluidos” porque cambian de forma continuamente cuando se les imponen fuerzas. Si mueve su mano a través de un líquido o gas, cambiará de forma para permitir que su mano pase. Un sólido no hará eso. Los gases se llaman fluidos “compresibles” porque se dispersan o comprimen para llenar la cantidad de espacio disponible. Los líquidos se llaman fluidos “incompresibles” porque una cantidad particular de líquido siempre ocupa la misma cantidad de espacio. Rutinariamente exprimimos grandes cantidades de gas en espacios pequeños a altas presiones (como el aire en el tanque de un buzo), pero no importa cuánto lo intentemos, no podemos exprimir un galón de agua en una jarra de medio galón. Así que esa es una parte simple de su respuesta: cuando el agua fluye, cambia su forma constantemente, pero nunca su tamaño . (Técnicamente, el agua puede comprimir un poquito, pero tan poco que, para la mayoría de los propósitos, puede ignorarse).
La razón por la que el agua puede fluir es que sus moléculas no forman una estructura rígida a temperaturas y presiones normales. Las moléculas de agua se atraen juntas lo suficientemente fuerte como para causar tensión en la superficie, lo que mantiene el líquido unido y hace que mantenga ciertas formas como una gota de agua cuando nada más lo empuja. Si la temperatura desciende hasta la congelación, las moléculas no tienen suficiente energía para superar su atracción mutua y se forma una estructura rígida (hielo).
- ‘Toda ciencia es física o coleccionista de sellos’. ¿Cuál es la explicación real de esta declaración?
- ¿Cuál es la diferencia entre carga magnética y carga eléctrica?
- Si los arqueólogos encontraran los restos de la Eva mitocondrial, ¿sería posible probar la autenticidad del hallazgo?
- ¿Podríamos revivir dinosaurios con el nivel actual de la ciencia?
- ¿Qué tiene que decir el razonamiento científico sobre la conciencia y por qué hay tantas aseveraciones irrazonables al respecto?
Más allá de eso, el flujo de agua en condiciones normales se modela mediante algo llamado las ecuaciones de Navier-Stokes. En su forma general, estas ecuaciones son casi imposibles de resolver; de hecho, todavía no se sabe en matemáticas si tienen una solución en cada caso posible. Para propósitos prácticos, los científicos usan una variedad de soluciones aproximadas que son válidas para condiciones particulares. La forma simple de movimiento se denomina “flujo laminar”, que es cuando el agua se mueve lenta y suavemente sin turbulencia.
Una vez que introduces la turbulencia, estás en el ámbito del comportamiento caótico. Comprendes esta diferencia de manera intuitiva: si agitas una taza de agua lentamente, se mueve de manera tranquila y bastante simple. Comience a revolver lo suficientemente fuerte y comienza a burbujear, chapotear y rociar por todas partes. Esta es un área complicada y no he estudiado hidrodinámica, por lo que ni siquiera voy a intentar explicarlo más allá de eso. Tal vez alguien más pueda intentarlo. Mientras tanto, si está interesado, la búsqueda de “hidrodinámica” en Internet debe proporcionar mucha información.