Un innovador estudio realizado por científicos de la Universidad de Santiago de Chile y la Universidad de O’Higgins ha sido publicado en la reconocida revista “Physical Review Letters” de la American Physical Society. La investigación se centra en el fenómeno de rebote de las botellas de agua y ha sido seleccionada como Editor’s Suggestion, destacando su relevancia en el campo de la física.

El estudio ha sido coliderado por el Dr. Leonardo Gordillo Zavaleta, académico del Departamento de Física y director del Programa de Doctorado en Ciencia con Mención en Física,  y revela la razón por la cual algunas botellas, al ser agitadas y soltadas no rebotan, sino que quedan prácticamente pegadas al suelo. 

Esta investigación, según narró el académico, surge en 2018 a partir del famoso reto de redes sociales “water bottle flip challenge o el reto de la botella”, que consistía en lanzar una botella con un poco de agua en su interior buscando que esta cayera de pie. 

“Estuvimos buscando una manera alternativa de agitar el agua dentro de la botella, que fuera reproducible, y nos dimos cuenta que hacer un movimiento de giro orbital, como cuando uno airea una copa de vino, funcionaba súper bien, era fácil de rehacer y además estimar cuánto rebotaría la botella tras caer al suelo”, recuerda.

Intrigados, decidieron investigarlo en profundidad y desarrollar un sistema experimental para controlar las variables con un impacto significativo en el rebote, incluso adhirieron a la botella una pelota de goma para favorecer y exagerar el efecto del rebote. Sin embargo, “basta tan solo girar un poco de agua en el interior de la botella y dejarla caer, para que deje de rebotar. Incluso con la pelota de goma adherida, “esto es más impresionante; se puede pasar fácilmente de un metro de rebote, a milímetros. Es como si el girar el contenido de agua hiciera que a la botella le creciera un velcro en la base, y que por ello quedara absolutamente pegada al suelo”, explicó el Dr. Gordillo.

A través de experimentos y el uso de cámaras rápidas, los investigadores pudieron observar el proceso en detalle y descubrieron una serie de fenómenos que ocurren dentro de la botella al ser girada y soltada. Después de hacerla girar, el agua se desplaza hacia las paredes debido a la fuerza centrífuga. Cuando la botella toca el suelo, el agua en las paredes busca continuar descendiendo, pero se encuentra con la base de la botella, formando un chorro concentrado en el centro que  la presiona contra el suelo. Este chorro gira a medida que se forma y, al posteriormente tocar la parte superior de la botella, explota en burbujas y gotas microscópicas, creando una apariencia blanca, bloqueando difusamente la luz a través del agua incluso.

De esta forma, el equipo de investigación ha logrado demostrar que el efecto de pegado al suelo depende de la velocidad de rotación y la cantidad de agua en el interior de la botella. Estos descubrimientos tienen implicancias prácticas, ya que podrían servir de fundamento para hacer ingeniería en variados rubros industriales, como el espacial, particularmente en el diseño de tanques de combustible donde la falta de gravedad presenta desafíos para mantener los objetos en su lugar.

Fueron parte del equipo de investigación: Klebbert Andrade, exalumno cuya tesis de Ingeniería Física describe en detalle el problema; Javiera Catalán, estudiante del mismo programa; Juan Marín, postdoctorado Usach, actualmente académico de la UTEM y Pablo Gutiérrez, coinvestigador principal y director del Instituto de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de O’Higgins.

En el proyecto también colaboraron Enriko Granadoz, alumno de intercambio de Massachusetts Institute of Technology (MIT); Tomás Cerda, estudiante de Ingeniería Física y Francisco Olea titulado de la misma carrera.

El proyecto

En cuanto a los beneficios concretos de este descubrimiento, el Dr. Gordillo dijo que hasta la fecha es poco lo que se conoce sobre lo que sucede cuando chocan objetos compuestos por una parte líquida y otra sólida.

“Nuestro trabajo da un paso importante en dilucidar qué es lo que ocurre con estos sistemas compuestos de una parte líquida y otra sólida, y nos enseña que podemos tener comportamientos inesperados. Uno puede pensar en aplicaciones, en formas de absorber impactos usando líquidos: por ejemplo, en contenedores que los transportan”, sostuvo.                                        

Consultado acerca de cómo un experto en formación de tsunamis, cráteres y erosiones, llega a interesarse en un tema que involucra "sólo agua dentro de una botella", el investigador indicó que no son asuntos tan distintos. 

“Los tsunamis son generados por un fondo rígido en movimiento, los cráteres son producto de la erosión generada por un líquido golpeando un sólido. El problema de la botella con agua, que es sumamente simple, es un muy buen ejemplo de la riqueza dinámica que se da cuando fluidos y sólidos interactúan en situaciones más extremas.”, aseguró.

El proyecto fue principalmente realizado en el Laboratorio de Estructuras Delgadas del Departamento de Física de la Usach y en periodo de pandemia, “lo que hizo que nos uniéramos mucho como grupo. Haber sido aceptados en Physical Review Letters y elegidos como Editor’s Suggestion, corona de cierta forma este enorme esfuerzo realizado”, concluyó el investigador.