La Física del Zumo de Naranja

3 de Noviembre de 1998: Sin gravedad que atraiga el fluido hacia el vaso, puede acabar con una habitación llena de neblina de naranja – las diminutas gotas de zumo de naranja se mantienen unidas por la tensión superficial. Cómo controlar gotas de fluido en baja gravedad, y qué sucede dentro de una “mezcla coloidal” como el zumo de naranja (pulpa suspendida en un fluido de menor densidad), son los temas de tres experimentos físicos sobre fluidos a bordo del transbordador Discovery.

Caja Guante de Ciencias de la Microgravedad Una gota de fluido suspendida mediante ondas sonoras en la Caja Guante de Ciencias de la Microgravedad. Para mucha gente, las cajas guante son lo que los investigadores médicos utilizan para mantenerse alejados de virus mortales. Pero las cajas guante son de muchas formas y tamaños. La Caja Guante de Ciencias de la Microgravedad, desarrollada en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales (Marshall Space Flight Center) de la NASA, está diseñada para trabajos manuales dentro de la lanzadera en el entorno de microgravedad del espacio. Don Thomas hace trabajos científicos usando la caja guante en una misión previa del transbordador. “Es un dispositivo muy útil, tener una estación de trabajo donde puedes realizar muchos experimentos diferentes, donde la tripulación puede hacer trabajos con las manos, donde puedes hacer cambios en marcha”. Dijo el científico del Laboratorio Marshall de Ciencias Espaciales (Marshall's Space Sciences Laboratory) de la NASA Don Reiss. Esta semana la tripulación de la lanzadera Discovery usará la caja guante para experimentos con fluidos en el espacio. Más información.

El primer experimento, llamado Flujos Internos en Gotas Libres ( Internal Flows in Free Drops), usará ondas sonoras para controlar remotamente la posición de las gotas que flotan libremente en la Caja Guante de Ciencias de la Microgravedad (ver imagen derecha). Los investigadores quieren medir los flujos internos del fluido inducidos por el campo acústico así como la tensión superficial en las gotas. La tensión superficial es la propiedad de la superficie de un líquido que, como una piel, lo mantiene unido. Los resultados podrían mejorar los procesos de manufacturado en la Tierra y en el espacio proveyendo nuevas formas de monitorear y controlar líquidos. La Física del Zumo de Naranja #1# Las mezclas coloidales son sistemas de partículas finas suspendidas en un fluido. La leche, el zumo de naranja y la pintura son ejemplos comunes. Sobre la Tierra, la gravedad provoca que las partículas más densas en una suspensión coloidal sedimenten en el fondo, esto es por lo que algunos coloides, como el zumo de naranja y la pintura, deben ser agitados antes de usarse. La Microgravedad permite a los científicos estudiar los coloides porque los efectos provocados por las diferencias de densidad entre las partículas y sus líquidos circundantes disminuyen. “Colocarlas” no es un problema, además es posible mantener una distribución uniforme de partículas en el fluido. Eso es una gran mejora sobre los experimentos de fluidos dirigidos sobre la Tierra. El experimento conocido como Transición Coloidal Orden-Desorden (CDOT = Colloidal Disorder-Orden Transition) usará fluidos coloidales en gravedad cero para conseguir comprender mejor la física atómica. Las esferas sólidas coloidales serán suspendidas en líquido en diferentes concentraciones para modelar el comportamiento de los átomos mientras se forman en sólidas estructuras ordenadas. En soluciones con una cierta concentración de esferas sólidas, se forman estructuras cristalizadas. El comportamiento es similar a los cambios en estructuras atómicas que tienen lugar en la transición de líquido a sólido, como cuando el agua se congela y se transforma en hielo. Inicialmente, los átomos en el agua están distribuidos aleatoriamente, pero, mientras el agua se congela, los átomos se organizan en patrones cristalinos. Las muestras del experimento contendrán esferas de plástico cuyo diámetro es una décima parte que el del cabello humano. Una vez en orbita, las muestras pasarán varios días mientras las esferas se organizan. Las esferas, como los átomos, se colocarán en una posición que le proporcione a cada una el máximo espacio. Se espera que una muestra con una concentración baja de esferas mantenga el movimiento fluido, como los átomos en un líquido. En muestras con una elevada concentración de esferas, no se formará ningún cristal. Este último comportamiento es similar a la solidificación de líquidos en materiales vidriosos en los que los átomos se mueven tan despacio que tardarían millones de años en organizarse en estructuras cristalinas. #2# Para CDOT y otros experimentos en marcha, los Estudios Estructurales de las Suspensiones Coloidales (CGEL = Structural Studies of Colloidal Suspensions), los investigadores harán pasar un haz de láser a través de las muestras coloidales para estudiar la configuración de las partículas suspendidas. El láser se diseminará desde la superficie de las estructuras, parecido a la forma en que los rayos de sol “centellean” sobre los copos de nieve. Mientras estas investigaciones son conducidas dentro de la caja guante, tres cámaras de video grabarán la acción. Estos datos son transmitidos a los científicos en la Tierra, permitiéndoles asesorar a la tripulación para hacer ajustes experimentales en caso de necesidad.