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Tercer Milenio

Ciencia de andar por casa

Tras la hipnótica danza de la lluvia en el parabrisas del coche

Parece que por fin vuelven las borrascas y, con ellas, el hipnótico espectáculo que protagonizan las gotas de lluvia bailando sobre el parabrisas del coche. Una coreografía que, tal y como ha dilucidado un impactante estudio –porque analiza el comportamiento de las gotas que impactan en el parabrisas–, obedece a las leyes de la física clásica por obra y gracia de cuatro actores principales: el viento, las gotas, el parabrisas y el velocímetro; y dos antagonistas: la sustentación y la gravedad.

El ángulo de inclinación del parabrisas varía en cada modelo de coche.
El ángulo de inclinación del parabrisas varía en cada modelo de coche.
Robert Couse-Baker / Pxhere

Pues sí, por fin parece que ha vuelto la ansiada lluvia y con ella recupero la rutina de ir a recoger a mi hija al cole o a la salida de la extraescolar que toque y esperarla dentro del coche ensimismado ante la danza que protagonizan las gotas que aterrizan sobre el parabrisas. Un cuadro vivo y efímero –el embrujo desaparece al activar el limpiaparabrisas– que, por lo visto, no solo me seduce a mí, también a los físicos que se dedican a la dinámica de fluidos.

Gracias a algunos de ellos y al estudio que publicaron el pasado mes de marzo –y que había reservado celosamente para cuando hiciesen de nuevo acto de presencia las borrascas–, ahora ya sabemos que la coreografía particular que dibuja cada gota depende de cuatro factores clave: el tamaño de la gota; la velocidad a la que sopla el viento contra el parabrisas, la velocidad a la que se desplaza el vehículo y el modelo de coche –porque de ello depende el ángulo de inclinación del parabrisas, si es un utilitario común como el mío, la inclinación será más pronunciada que en un deportivo, de línea más aerodinámica que incluye un parabrisas más tendido–.

Pues bien, la combinación de este cuarteto de factores permite explicar por qué algunas gotas se deslizan hacia abajo, otras permanecen obstinadamente fijas y algunas más se desplazan hacia arriba pareciendo desafiar la newtoniana ley de que todo cuerpo tiende a caer por efecto de la gravedad. Pero, claro, solo lo parece.

Pero antes de meternos con eso, y a fin de entender lo que viene a continuación, es necesario explicar –o refrescar la memoria para aquellos que ya lo conocen, algo que nunca viene mal– un par de conceptos físicos. A saber: la velocidad relativa y la fuerza de sustentación.

La velocidad relativa es la velocidad efectiva que experimentan las gotas que viajan sobre el parabrisas del coche; es la combinación de la velocidad a la que sopla el viento contra el parabrisas y la velocidad a la que este avanza atravesando al ‘viento’. Es fácil de entender si imaginamos que montamos en bici: cuando penosamente subimos una empinada cuesta parece que no corre el aire; y sin embargo, cuando, tras coronar la rampa, nos tiramos a toda velocidad cuesta abajo, el viento nos impacta mucho más y parece que sopla mucho más fuerte. En realidad, la velocidad del viento es la misma, lo que cambia es la velocidad a la que el ciclista se desplaza contra él y, con ello, la velocidad relativa del viento que impacta contra nosotros.

En cuanto a la fuerza de sustentación o, simplemente, sustentación, es la fuerza que actúa contra un cuerpo que se desplaza a través de un fluido dinámico y que actúa en dirección perpendicular a la de la corriente incidente. Una definición muy académica que lo que viene a decir es que cuando un cuerpo se desplaza contra el viento, este ejerce una fuerza que tira del cuerpo hacia arriba –y por lo tanto se opone a la fuerza de la gravedad–. Y, por lo mismo, como cabría esperar, la magnitud de esta fuerza ascendente depende de la velocidad relativa del viento y de la superficie de contacto. A mayor velocidad, más sustentación. A mayor superficie, más sustentación.

Una vez que tenemos esto presente, llega el momento de volver la vista otra vez al salpicado parabrisas y a las gotas que bailan sobre él. Las gotas que se desplazan hacia abajo son aquellas que tienen un tamaño suficiente para que pese más la fuerza de la gravedad que la sustentación. (En sentido estricto habría que decir que sobre las gotas actúa una fuerza de ‘sustentación’. Con comillas, porque en realidad las gotas no son el cuerpo que atraviesa el fluido, lo hace el coche, y aquellas viajan apoyadas contra el parabrisas. Pero a efectos de esta explicación, la fuerza que ejerce el viento contra ellas es asimilable a la sustentación).

Las gotas ascendentes son las más pequeñas y livianas y en ellas tira más la sustentación que la gravedad. Finalmente, las que permanecen fijas se adscriben a dos categorías o, más bien, tamaños: aquellas intermedias en las que sustentación y gravedad se anulan; y las más minúsculas, con tan poca superficie de contacto que el viento no puede arrastrarlas hacia arriba; dicho de un modo muy gráfico, son tan diminutas que ni pesan ni pueden ser empujadas.

De lo anterior se deduce que no hay un tamaño crítico absoluto de gota, sino que este tamaño crítico depende, como no podía ser de otra forma, de la velocidad del viento y de la del coche. Pero también de la inclinación del parabrisas. Cuanto más tendido sea el parabrisas, más efectiva es la fuerza de sustentación y menos la fuerza gravitatoria.

Un apunte final: al parecer yo he jugado con ventaja con respecto a los autores del estudio, ya que en la costa coruñesa los vendavales de viento están garantizados y eso permite disfrutar de la danza pluvial en toda su plenitud aun con el coche estacionado, sin necesidad de adquirir velocidad, lo cual puede ser bueno para el análisis físico, pero nada recomendable para la seguridad vial. En esas circunstancias, mejor fijarse en la carretera y aparcar la contemplación del espectáculo para cuando viajemos de copilotos. O mejor aún, cuando estemos mirando por la ventana de casa en uno de esos días en que hay alerta por fuertes vientos y lluvia; que por algo esto esta sección es de andar por casa.

Trayectorias diagonales y zigzagueantes

¿Por qué muchas gotas se desplazan en diagonal, ya sea hacia arriba o hacia abajo, o incluso serpentean? La explicación es sencilla: no siempre que viajamos en coche nos encontramos en el escenario ideal ni el viento sopla justo de frente, sino que la mayoría de las veces sopla con un determinado ángulo, lo que incorpora un componente horizontal al equilibrio de fuerzas. O, explicado de un modo más doméstico: cuando empujas una caja pesada por una de sus caras, la desplazas en ‘vertical’, pero cuando la empujas desde una esquina, apoyando cada mano en una de las caras perpendiculares que comparten arista, la caja se desplaza en diagonal –haz la prueba–. Del mismo modo, no siempre conducimos recto, sino que nos ceñimos a la trayectoria de la carretera. Y ya para rematar las justificaciones, el viento gusta de soplar racheado, es decir, con intensidad variable, ora más fuerte ora más flojo, y el coche no suele avanzar a una velocidad uniforme, sino que acelera y frena, lo que también modifica la sustentación que experimenta cada gota en cada momento.

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