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Daniel MarínLuisa AchaerandioJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmodos dominantes análisis movimientomodo 4-0 perfil lateral gotaaxisimetría del modo 4-0onda s en el perfil lateralmodo no axisimétrico gota oscilaoscilación lateral similar balancínmovimiento recíproco sin desplazamiento horizontalfísica bonita artículo juan carlos gilvibraciones simétricas iniciales burbujamodo axis simétrico galopemovimiento de la burbuja modos axismodo 2-0modo 4-0Juan Carlos Gilmodo 3-1MayraAmerican Physical SocietyGallery of Fluid MotionPedro SainzReiligNavier-Stokes
Modo axis simétrico galope
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo las vibraciones simétricas iniciales de una burbuja, dominadas por los modos 2-0 y 4-0, dan paso a un movimiento más complejo al superar el umbral de galope.
…Pues el primero que se ve dominante es el 2 -0, la K y la L. Recordad K más L tiene que ser par, así que el trivial es el 2-0, que es el modo clásico de Reilig, que estudió; bueno fue el primero que estudió por allí por el final del siglo XIX, las Burbujas y las gotas y es nada, simplemente una burbuja respirando, digamos, deformándose de arriba a abajo. Luego aparece también de forma acusada el 4-0, que sigue siendo axisimétrico porque la L es par. En este caso, 4 corresponde a que el perfil lateral de la gota, pues este tiene ya una ondulación, una especie de forma de S, pero esos dos modos como os digo son axisimétricos con L. igual a cero pero cuando llegamos a cierta amplitud aparece un modo no axisimétrico, el 3-1, con lo que ahora sí la gota oscila de lado a lado, lo cual empieza ya a recordar al balancín. Pero, ¿y esto es muy importante? Este modo aparece de forma recíproca: es decir, exactamente el movimiento que se produce en la primera mitad de la oscilación se deshace en la segunda mitad, con lo cual solo con este modo no puede haber desplazamiento horizontal. Es asimétrico pero nos quedamos donde estábamos, como el caballito, exactamente como el caballito de madera. Y aquí es donde está la clave: la física bonita que a mí me ha emocionado de este artículo. El movimiento en horizontal no aparece por un modo de oscilación aislado, no aparece por el modo 3-1, sino por un acoplamiento entre ese modo y los otros. La burbuja empieza vibrando de forma simétrica, dominada por estos modos 2-0 y 4-0, pero al superar el umbral de galope aparece el modo axis simétrico y el movimiento surge porque la aparición de estos dos o tres modos, si consideramos al 4-0, no están en fase; aparecen cuando les da la gana en el tiempo. Con lo cual, al acoplarse esos movimientos y estar en desfase, la burbuja recorre una serie de formas que ya no es reversible en el tiempo; con lo que al final de cada ciclo aparece un momento, un momento neto hacia un lado, que el universo no tiene más…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil describe los experimentos realizados para investigar cómo generar movimiento horizontal en una burbuja mediante vibraciones verticales, detallando las observaciones obtenidas al aumentar la amplitud de estas vibraciones.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #10umbral de galope en burbujasautopropulsión horizontal de burbujatrayectorias cerradas con vibracionesmovimiento tipo correr y girar…el seno de un fluido produzca un movimiento horizontal en una burbuja? Y si es así, ¿cómo? Y lo que hicieron fue un montón, una serie de experimentos controlados registrando la forma y movimiento de la burbuja con cámaras de alta velocidad. ¿Y qué observaron? Pues que amplitudes de vibración pequeñitas, la burbuja efectivamente simplemente oscila de arriba a abajo, deformándose de manera simétrica. Pero al aumentar la amplitud, al superar cierto umbral crítico, que ellos llaman umbral de galope, que es también divertido el nombre, la simetría derecha-izquierda se rompe de forma espontánea. Os recuerdo que aquí solo está vibrando en vertical la mesa, se rompe de forma espontánea y la burbuja efectivamente empieza a autopropulsarse horizontalmente Justito por encima de este umbral, estoy hablando de amplitud, la burbuja se desplaza de forma muy recta pero si seguimos meneando la mesa aparecen trayectorias cerradas como órbitas e incluso movimientos de tipo correr y girar que en inglés se usa la expresión run and tumble la menciono porque Es muy característica de es el patrón típico de movimientos de muchas bacterias como E. coli que va hacia un lado rápidamente, de repente cambia de dirección y va hacia otro; y esto en bacterias pues les permite explorar el entorno de forma muy eficiente. Y…
Juan Carlos Gil explica que el movimiento tipo 'galope' solo se observa en un rango específico de tamaños de burbuja, relacionados con la longitud capilar del fluido utilizado.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8longitud capilar del fluidoburbujitas chiquitinas aceitegravedad y tensión superficialgalope efecto ventana estrecha…Si la burbuja es muy pequeñita, ocurre como con las amplitudes muy grandes, pues la burbuja se separa del techo y no quiere nada que ver con él. Y si la burbuja es demasiado grande, por flotación, se apachurra contra el techo y entonces pierde movilidad. El galope este solo aparece entonces en un rango de tamaños intermedios cuando la burbujita es del orden de lo que se llama longitud capilar del fluido, que es un parámetro hidrodinámico clásico, que con el material que ellos usan, un tipo de aceite, es de un milímetro, un milímetro y medio; estamos hablando de burbujitas chiquitinas y este es el régimen donde gravedad y tensión superficial compiten, no es una mil millones de veces superior a la otra. En resumen, y eso sí quería que quedase claro, el galope, este efecto, no aparece ahí, en fin, no es gratis; aparece en una ventana razonablemente estrecha, tanto de amplitudes de vibración como de tamaños de burbujita. Pues una vez que lo tienen perfectamente caracterizado el experimento, ¿qué hicieron? Preguntarse cuál es el mecanismo y para ello les ocurre como muchísimas veces en física, incluso la burbujita solita sin vibración, aún así su geometría ya es bastante complicada, ¿vale? con lo que el espectro de modos de deformación cuando interactúas con…
Juan Carlos Gil argumenta que el movimiento tipo 'galope' observado en las burbujas hemiesféricas es un efecto fundamental y no resultado de errores experimentales, ya que puede ser reproducido mediante simulaciones numéricas basadas en Navier-Stokes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16 · Palabras #15simulaciones numéricas navier-stockesburbujas hemiesféricas contacto techo libreruptura simetría mecanismo robustomovimiento galope efecto primigenio…con deformación por la gravedad. Su tensión superficial cerca de la parte de contacto con el techo hay una fina capa de líquido de lubricación; no está pegada. En fin, le meten todos los chismes y reproducen cuantitativamente todos los datos del galope. Es claramente un efecto primigenio, no es que el experimento esté mal; lo reproducen con Navier-Stockes así que en el ordenador todo lo admite. Hacen las simulaciones con estas burbujas hemiesféricas con el contacto en el techo libre para que se puedan menear y resulta que también galopan. Lo que sugiere que este mecanismo de ruptura espontánea de la simetría es robusto, es universal y todavía se mantiene en la mitad de una esfera, lo cual les da garantías. Para ahora sí, vamos a estudiar analíticamente las burbujas hemiesféricas porque la esencia del problema debe seguir ahí y hacen eso: hacen un análisis espectral de los modos de deformación de la burbujita hemiesférica, proyectan los vídeos que tienen y las…
Juan Carlos Gil explica cómo el valor de 'L' determina la simetría en la deformación de una burbuja, indicando que un valor de cero implica simetría axisimétrica.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3simetría axisimétrica valor l cerodeformación burbuja valor l unoburbujita deformación horizontal…Y aquí K por K es la letra clásica, me refiero al número de onda polar que define cuántos lóbulos aparecen de arriba a abajo en el armónico esférico que estamos describiendo y L es el número de onda azimutal que describe eso, que pasa en el plano horizontal. Si L es igual a cero, la deformación del problema, o en este caso de la burbujita, es axisimétrica; la burbujita es igual en todas las direcciones horizontales, solo se deforma de arriba a abajo. Si L vale 1, entonces la burbuja va a empezar a ser distinta a la derecha o a la izquierda. Vale, cogen los vídeos y las simulaciones, ¿qué modos aparecen? Pues el primero que se ve dominante es el 2 -0, la K y la L. Recordad K más L tiene que ser par, así que el trivial es el 2-0, que es el modo clásico de Reilig, que estudió; bueno fue el primero que estudió por allí por el final del siglo XIX, las…
Juan Carlos Gil explica cómo las vibraciones simétricas iniciales de una burbuja, dominadas por los modos 2-0 y 4-0, dan paso a un movimiento más complejo al superar el umbral de galope.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1modos dominantes análisis movimientomodo 4-0 perfil lateral gotaaxisimetría del modo 4-0onda s en el perfil lateralmodo no axisimétrico gota oscilaoscilación lateral similar balancínmovimiento recíproco sin desplazamiento horizontalfísica bonita artículo juan carlos gilvibraciones simétricas iniciales burbujamodo axis simétrico galopemovimiento de la burbuja modos axis…Pues el primero que se ve dominante es el 2 -0, la K y la L. Recordad K más L tiene que ser par, así que el trivial es el 2-0, que es el modo clásico de Reilig, que estudió; bueno fue el primero que estudió por allí por el final del siglo XIX, las Burbujas y las gotas y es nada, simplemente una burbuja respirando, digamos, deformándose de arriba a abajo. Luego aparece también de forma acusada el 4-0, que sigue siendo axisimétrico porque la L es par. En este caso, 4 corresponde a que el perfil lateral de la gota, pues este tiene ya una ondulación, una especie de forma de S, pero esos dos modos como os digo son axisimétricos con L. igual a cero pero cuando llegamos a cierta amplitud aparece un modo no axisimétrico, el 3-1, con lo que ahora sí la gota oscila de lado a lado, lo cual empieza ya a recordar al balancín. Pero, ¿y esto es muy importante? Este modo aparece de forma recíproca: es decir, exactamente el movimiento que se produce en la primera mitad de la oscilación se deshace en la segunda mitad, con lo cual solo con este modo no puede haber desplazamiento horizontal. Es asimétrico pero nos quedamos donde estábamos, como el caballito, exactamente como el caballito de madera. Y aquí es donde está la clave: la física bonita que a mí me ha emocionado de este artículo. El movimiento en horizontal no aparece por un modo de oscilación aislado, no aparece por el modo 3-1, sino por un acoplamiento entre ese modo y los otros. La burbuja empieza vibrando de forma simétrica, dominada por estos modos 2-0 y 4-0, pero al superar el umbral de galope aparece el modo axis simétrico y el movimiento surge porque la aparición de estos dos o tres modos, si consideramos al 4-0, no están en fase; aparecen cuando les da la gana en el tiempo. Con lo cual, al acoplarse esos movimientos y estar en desfase, la burbuja recorre una serie de formas que ya no es reversible en el tiempo; con lo que al final de cada ciclo aparece un momento, un momento neto hacia un lado, que el universo no tiene más…
Juan Carlos Gil explica que una burbuja en galope no crea vórtices para su movimiento, sino que este surge de la geometría del ciclo de deformación y la inercia del fluido.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5geometría ciclo deformación burbuja galopeinercia del fluido y movimiento asimétrico…hacen los barcos, los submarinos o los peces, todo lo que se mueve en el agua, se propulsan creando vórtices en el fluido, apoyándonos en el fluido, y por tanto es fundamental que este tenga viscosidad. Un pez sin viscosidad el pobre se quedaría quieto, pero La burbuja galopante no, la burbuja galopante no crea vórtices. El movimiento surge únicamente de la geometría del ciclo de deformación y de la inercia del fluido que rellena el hueco fuera de fase cuando se mueve un poquito de forma asimétrica. Con lo cual el mecanismo funciona incluso sin tracción viscosa, no necesita viscosidad. Bueno, pues resulta que este mecanismo ya le había propuesto. Un trial Philip Schaffman en 1967 como una posibilidad teórica. Aunque sí, se había visto casi casi, se había reproducido casi casi, bueno pues en robots, en robots con formas muy controladas, con una geometría perfectamente definida, con actuadores internos…
Juan Carlos Gil explica cómo las gotitas galopantes exhiben un mecanismo de propulsión similar al observado en robots y medusas, pero sin necesidad de diseño específico.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #11gotitas galopantes propulsión espontáneavórtices en medusas y gotitas galopantesmecanismo de propulsión sin diseño específico…en robots, en robots con formas muy controladas, con una geometría perfectamente definida, con actuadores internos diseñados perfectamente para encajar. Y bueno, también se ha visto que algunos organismos, como algunas medusas, deforman su cuerpo intentando Evitar el desprendimiento de vórtices porque eso le supone un gasto de energía extra, pero no llegan a ello. El movimiento incluso de las mejores medusas todavía desprende vórtices. Bueno, pues en este caso resulta que este mecanismo en las gotitas galopantes aparece de forma espontánea, nadie las ha diseñado, en el objeto más sencillo hidrodinámicamente hablando que se nos pueda ocurrir que es una mera burbujita vibrada No necesitamos pulpos, no necesitamos medusas ni barcas, lo cual es alucinante Bueno, el siguiente paso es, vamos a demostrar que esto no es exclusivo de las burbujas y lo que hacen es construir el modelo…
Juan Carlos Gil describe cómo investigadores están explorando aplicaciones prácticas de la inestabilidad galopante, comenzando con la evacuación de burbujas en entornos como la nucleación y destacando su relevancia en microgravedad.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17inestabilidad galopante y evacuación burbujasnucleación para enfriar dispositivos electrónicosmicrogravedad sin flotabilidadburbujas en microgravedad juan carlos gil…porque este ciclo de deformación interno al objeto no es recíproco. Es, bueno, en fin, muy inspirador, muy chulo. Este es, por tanto, el ingrediente universal; lo capturan perfectamente, que hace que subir y bajar se pueda convertir en moverse hacia un lado. Luego se ponen con imaginación, ¿para qué nos puede servir esto? Y hacen una serie de pruebas de concepto que, bueno, al menos son chulísimas para demostrar posibles aplicaciones prácticas de esta inestabilidad galopante. La primera es evacuación de burbujas, como os he contado antes, en sitios, por ejemplo, de nucleación, que podría ser muy útil para enfriar dispositivos electrónicos y especialmente relevante, chicos, en microgravedad, porque en microgravedad no hay flotabilidad, así que cualquier burbuja es una puñeta, se te queda ahí en medio de donde haya querido llegar y no hay forma de llevarla. Bueno, pues si consigues llevártela hacia un techo con este Mecanismo, ¿la podrías retirar? Aprovechando que las burbujas en general tienden a seguir el contacto con las paredes, si se moja con ellas, en fin, se actúan como guía hidrodinámica, pues se han inventado un dispositivo que es capaz de clasificar a las…
Juan Carlos Gil describe aplicaciones potenciales para burbujas galopantes, incluyendo la liberación de fármacos en redes capilares y una limpieza superficial con un mecanismo llamado 'rumba galopante'.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9burbujas galopantes para fármacosalveolos pulmonares y burbujas fractalrumba galopante limpieza superficialpedro sainz y eficacia aspiradora…eso, la famosa regla de la mano derecha o izquierda, daría igual; te pones en un laberinto y empiezas a avanzar, pase lo que pase, veas lo que veas, tú no despegas la mano de la pared y eso garantiza que si el laberinto está bien construido, acaba saliendo. Bueno, pues hacen burbujitas que son capaces de resolver laberintos, lo que sugieren podría servir para liberar fármacos en redes de capilares o en los alveolos pulmonares, metiéndose por el laberinto fractal que es nuestro cuerpo. Bueno, y la última que proponen, extremadamente divertida, lo que ellos llaman rumba galopante, aprovechando que son capaces de hacer que las burbujas se muevan en zigzag sobre superficies horizontales, bueno, pues muestran que son capaces con este mecanismo de limpiar; echan polvo ahí a la superficie de unas partículas y la hacen pasar un mogollón de veces y demuestran que pueden limpiar las superficies horizontales, aunque el mismo Pedro Sainz bromea diciendo: Bueno, pues que no garantiza su eficacia como aspiradora, ¿no? Pero ahí está. Bueno, que no se nos vaya la peonza. Todas estas aplicaciones, os recuerdo que lo hice aquí al principio, tienen restricciones tanto de tamaño de burbuja como de amplitud. No vale para cualquier burbuja que te quieras inventar, con lo cual…
Juan Carlos Gil concluye su explicación sobre el artículo, destacando su importancia por proponer un nuevo mecanismo de ruptura de simetría que se observa tanto en burbujas reales como ideales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #19ruptura de simetría mediante acoplamientoburbujas reales e ideales hemiesféricasoscilador deformable y mecanismo novedosocaja de herramientas completa ciencia…os recuerdo que lo hice aquí al principio, tienen restricciones tanto de tamaño de burbuja como de amplitud. No vale para cualquier burbuja que te quieras inventar, con lo cual bueno, pues su aplicación en fin estará limitada por esas restricciones. Concluyendo, ¿por qué me parece importante lo que cuenta este artículo? Primero porque propone un mecanismo completamente nuevo de ruptura de simetría mediante el acoplamiento fuera de fase de modos simétricos y asimétricos. Luego porque demuestra la universidad de este mecanismo, aparece tanto en burbujas reales como en las burbujas ideales hemiesféricas e incluso en un oscilador deformable. Pero es que además todo esto lo consiguen, algo que a mí siempre me gusta muchísimo, con la caja de herramientas completa de la ciencia, experimento, simulación y teoría Yo cuando veo la terna, pues me emociono Y para rematar, Bueno, pues en fin, el artículo viene con este paquete de aplicaciones plausibles que aparecen si eres capaz de controlar las burbujas: su eliminación, su transporte, su clasificación, navegación de redes complejas e incluso limpieza de superficies. O sea que…
Juan Carlos Gil relata una conversación con Pedro Sainz, quien le proporcionó información sobre su investigación actual en burbujas galopantes y comportamientos colectivos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #16burbujas galopantes pedro sainzcomportamientos colectivos burbujas galopantesgotas caminantes línea principal pedro sainzanálogos hidrodinámicos investigación pedro sainz…parece, en fin, chulísimo. De nuevo, y es lo que cada día me fascina de la física, vemos como incluso el objeto más simple, un hula hop, una capa de tensio activo, en este caso una burbujita, puede todavía desvelar física nueva y bonita, física inspiradora. Contacté con Pedro Sainz y fue muy amable; me guió por su trabajo, me dio algunas pistas sobre cómo interpretar el artículo y me dijo cómo están continuando ahora con el asunto este de las burbujas galopantes. Están estudiando comportamientos colectivos. ¿Qué pasa cuando no hay una sola burbuja sino muchas? Están en ello y lo publicarán, aunque me recordó que su línea principal siguen siendo las gotas caminantes. Una es por debajo de la superficie del líquido y la otra es por arriba; el asunto este de los análogos cuantos hidrodinámicos donde invierten la mayor parte de su tiempo. Y en este punto han montado un vídeo de tres minutos que cuenta todo lo que he dicho yo, pero no de forma aburrida como lo he hecho yo, sino de forma espectacular. De hecho, ganó el primer premio en un certamen que se llama Gallery of Fluid Motion del…
Juan Carlos Gil concluye su explicación sobre las burbujas galopantes, destacando la capacidad de la física para ser visual y transmitir información a través de imágenes.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #7física visual imágenes explicativasburbujas galopantes mayraexplicación física juan carlos gil…no de forma aburrida como lo he hecho yo, sino de forma espectacular. De hecho, ganó el primer premio en un certamen que se llama Gallery of Fluid Motion del American Physical Society. No lo podéis perder; ahora lo pongo en el chat y estará en la página web. Este vídeo demuestra como este caso, al menos es uno de esos, en los que la física es tan visual que las imágenes lo explican mejor que las palabras. Y hasta aquí lo que os quería contar de las burbujas galopantes. y hasta aquí puedo leer, que decía Mayra, bueno, totalmente, estupendo, si les parece, Salvo que hay algo, ah no, estaba mirando; es que había un mensaje aquí en nuestro chat interno, pero era de Francis y no se tenía que ir. Es que soy un desastre, no estoy pendiente de las cosas; estoy aquí en sí mismado, en mimismado con la explicación y no…