Una gota o gotita es una pequeña columna de líquido , limitada total o casi completamente por superficies libres . Se puede formar una gota cuando el líquido se acumula en el extremo de un tubo u otro límite de superficie, produciendo una gota colgante llamada gota colgante. Las gotas también pueden formarse por condensación de un vapor o por atomización de una masa mayor de sólido . El vapor de agua se condensará en gotas dependiendo de la temperatura. La temperatura a la que se forman las gotas se llama punto de rocío .
El líquido forma gotas porque presenta tensión superficial . [1]
Una forma sencilla de formar una gota es permitir que el líquido fluya lentamente desde el extremo inferior de un tubo vertical de pequeño diámetro. La tensión superficial del líquido hace que el líquido cuelgue del tubo, formando un colgante. Cuando la gota supera cierto tamaño ya no es estable y se desprende. El líquido que cae es también una gota que se mantiene unida por la tensión superficial.
Se puede demostrar que algunas sustancias que parecen sólidas son, en cambio, líquidos extremadamente viscosos , porque forman gotas y muestran un comportamiento de gotitas. En los famosos experimentos de caída de brea , la brea , una sustancia parecida al betún sólido , se muestra de esta manera en estado líquido. La brea en un embudo forma gotas lentamente, y cada gota tarda unos 10 años en formarse y desprenderse.
En la prueba de caída colgante, se suspende una gota de líquido del extremo de un tubo o de cualquier superficie mediante tensión superficial . La fuerza debida a la tensión superficial es proporcional a la longitud del límite entre el líquido y el tubo, y la constante de proporcionalidad generalmente se denota como . [2] Dado que la longitud de este límite es la circunferencia del tubo, la fuerza debida a la tensión superficial viene dada por
donde d es el diámetro del tubo.
La masa m de la gota que cuelga del extremo del tubo se puede encontrar igualando la fuerza debida a la gravedad ( ) con la componente de la tensión superficial en la dirección vertical ( ) dando la fórmula
donde α es el ángulo de contacto con la superficie frontal del tubo y g es la aceleración de la gravedad.
El límite de esta fórmula, cuando α llega a 90°, da el peso máximo de una gota colgante para un líquido con una tensión superficial determinada, .
Esta relación es la base de un método conveniente para medir la tensión superficial, comúnmente utilizado en la industria petrolera. Hay métodos más sofisticados disponibles para tener en cuenta la forma en desarrollo del colgante a medida que crece la gota. Estos métodos se utilizan si se desconoce la tensión superficial. [3] [4]
La adhesión de una gota a un sólido se puede dividir en dos categorías: adhesión lateral y adhesión normal. La adhesión lateral se parece a la fricción (aunque tribológicamente la adhesión lateral es un término más exacto) y se refiere a la fuerza necesaria para deslizar una gota sobre la superficie, es decir, la fuerza para separar la gota de su posición en la superficie sólo para trasladarla a otra posición en la superficie. la superficie. La adhesión normal es la adhesión necesaria para desprender una gota de la superficie en la dirección normal, es decir, la fuerza para hacer que la gota salga despedida de la superficie. La medición de ambas formas de adhesión se puede realizar con la Balanza de Adhesión Centrífuga (CAB). El CAB utiliza una combinación de fuerzas centrífugas y gravitacionales para obtener cualquier proporción de fuerzas laterales y normales. Por ejemplo, puede aplicar una fuerza normal con fuerza lateral cero para que la gota se aleje de la superficie en la dirección normal o puede inducir una fuerza lateral con fuerza normal cero (simulando gravedad cero ).
El término gota es una forma diminuta de "gota" y normalmente se utiliza como guía para partículas líquidas de menos de 500 μm de diámetro. En la aplicación por aspersión , las gotas generalmente se describen por su tamaño percibido (es decir, diámetro), mientras que la dosis (o el número de partículas infectivas en el caso de los biopesticidas ) es una función de su volumen. Esto aumenta en una función cúbica con respecto al diámetro; así, una gota de 50 µm representa una dosis de 65 µl y una gota de 500 µm representa una dosis de 65 nanómetros.
Una gota con un diámetro de 3 mm tiene una velocidad terminal de aproximadamente 8 m/s. [5] Las gotas de menos de 1 mm de diámetro alcanzarán el 95% de su velocidad terminal en 2 m . Pero por encima de este tamaño, la distancia para llegar a la velocidad terminal aumenta drásticamente. Un ejemplo es una caída con un diámetro de 2 mm que puede alcanzar esto a 5,6 m . [5]
Debido al diferente índice de refracción del agua y del aire , se producen refracción y reflexión en las superficies de las gotas de lluvia , lo que lleva a la formación del arco iris .
La principal fuente de sonido cuando una gota golpea una superficie líquida es la resonancia de las burbujas excitadas atrapadas bajo el agua. Estas burbujas oscilantes son responsables de la mayoría de los sonidos de líquidos, como el agua corriendo o las salpicaduras, ya que en realidad consisten en muchas colisiones entre gotas y líquidos. [6] [7]
Reducir la tensión superficial de una masa de líquido permite reducir o prevenir el ruido debido a las gotas que caen en ella. [8] Esto implicaría agregar jabón , detergente o una sustancia similar al agua. La tensión superficial reducida reduce el ruido del goteo.
La forma clásica asociada a una gota (con un extremo puntiagudo en su parte superior) proviene de la observación de una gota adherida a una superficie. La forma de una gota que cae a través de un gas es en realidad más o menos esférica para gotas de menos de 2 mm de diámetro. [9] Las gotas más grandes tienden a ser más planas en la parte inferior debido a la presión del gas a través del cual se mueven. [10] Como resultado, a medida que las gotas se hacen más grandes, se forma una depresión cóncava que conduce a la eventual ruptura de la gota.
La longitud capilar es un factor de escala de longitud que relaciona la gravedad , la densidad y la tensión superficial , y es directamente responsable de la forma que adoptará una gota de un fluido específico. La longitud del capilar surge de la presión de Laplace , utilizando el radio de la gota.
Usando la longitud capilar podemos definir microgotas y macrogotas. Las microgotas son gotitas con un radio menor que la longitud del capilar, donde la forma de la gotita se rige por la tensión superficial y forman una forma de casquete más o menos esférica. Si una gota tiene un radio mayor que la longitud del capilar, se la conoce como macrogota y las fuerzas gravitacionales dominarán. Las macrogotas serán "aplanadas" por la gravedad y se reducirá la altura de la gota. [11]
Los tamaños de las gotas de lluvia suelen oscilar entre 0,5 mm y 4 mm, y las distribuciones de tamaño disminuyen rápidamente más allá de diámetros superiores a 2-2,5 mm. [12]
Los científicos tradicionalmente pensaban que la variación en el tamaño de las gotas de lluvia se debía a colisiones en su camino hacia el suelo. En 2009, investigadores franceses lograron demostrar que la distribución de tamaños se debe a la interacción de las gotas con el aire, que deforma las gotas más grandes y hace que se fragmenten en gotas más pequeñas, limitando efectivamente las gotas de lluvia más grandes a unos 6 mm de diámetro. [13] Sin embargo, las gotas de hasta 10 mm (equivalentes en volumen a una esfera de 4,5 mm de radio) son teóricamente estables y podrían levitar en un túnel de viento. [9] La gota de lluvia más grande registrada tenía 8,8 mm de diámetro y estaba ubicada en la base de un cúmulo congestus en las cercanías del atolón Kwajalein en julio de 1999. Se detectó una gota de lluvia de idéntico tamaño sobre el norte de Brasil en septiembre de 1995. [14]
En medicina , esta propiedad se aprovecha para crear goteros y equipos de infusión intravenosa que tienen un diámetro estandarizado , de tal manera que 1 mililitro equivale a 20 gotas . Cuando se necesitan cantidades menores (como en pediatría), se utilizan microgoteros o equipos de infusión pediátricos, en los que 1 mililitro = 60 microgotas. [15]
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