Las curiosas propiedades de las ondas en los carámbanos

Una característica extraña de los carámbanos es que sus superficies a veces pueden ondularse, como en la imagen de arriba. La longitud de onda de estas ondas es siempre de aproximadamente 1 cm.

Hace unos diez años, Kazuto Ueno, ahora en la Université du Québec á Chicoutimi en Canadá, desarrolló un modelo teórico para explicar este fenómeno.

Su pensamiento es así. Los carámbanos están cubiertos por una fina capa de agua sobreenfriada a menos de 0 grados C y esta fluye bajo la fuerza de la gravedad. Cuando esta capa se congela, libera calor que puede irradiarse más fácilmente desde la parte convexa de una ondulación que desde la parte cóncava. Entonces, el hielo se forma preferentemente sobre las áreas convexas, haciéndolas más grandes.

La superficie de los carámbanos comienza suave, pero cualquier pequeña perturbación en el flujo de agua sobre ellos crea ondas que se congelan rápidamente en esta mansión. La longitud de onda de estas ondas está determinada por las propiedades de transporte de calor del agua que fluye sobre el hielo, que son aproximadamente constantes y, por lo tanto, explican la longitud de onda constante. ¡Voila!

Sin embargo, el modelo de Ueno hace otras tres predicciones sobre estas ondas que nunca se habían observado hasta ahora. Primero, que la longitud de onda de las ondulaciones debe aumentar a medida que disminuye el ángulo del plano inclinado; segundo, que la longitud de onda debería aumentar sólo gradualmente con un aumento en el suministro de agua; y finalmente que las ondas deberían moverse hacia arriba a aproximadamente la mitad de la velocidad de la tasa de crecimiento media.

Hoy, él y algunos amigos revelan los resultados de sus esfuerzos para probar estas predicciones tanto en simulaciones numéricas como en experimentos de laboratorio.

La conclusión es que confirman las predicciones. La longitud de onda puede cambiar de la forma que él predijo y las ondas se mueven lentamente hacia arriba, aunque el agua fluya hacia abajo.

Hay un corolario interesante para todo esto. En este trabajo, el agua siempre fluye bajo la fuerza de la gravedad. Pero, ¿qué sucede cuando también entran en juego las fuerzas aerodinámicas o, en otras palabras, cómo afecta el viento a las ondas?

Eso es importante porque podría arrojar luz sobre el proceso de congelación de las alas y las turbinas de los aviones, un problema importante y potencialmente mortal.

Ueno y compañía dicen que están investigando esta misma pregunta y nos avisarán cuando se enteren.

Ref: arxiv.org/abs/1102.4890 : Veri fi cación numérica y experimental de un modelo teórico de formación de ondulaciones en el crecimiento del hielo bajo el flujo de una película de agua superenfriada

21 de marzo de 2011 Corrección:

Kazuto Ueno escribe que la siguiente oración en esta publicación no representa su punto de vista: cuando esta capa se congela, libera calor que puede irradiarse más fácilmente desde la parte convexa de una ondulación que desde la parte cóncava. Entonces, el hielo se forma preferentemente sobre las áreas convexas, haciéndolas más grandes.

En cambio, proporciona la siguiente explicación: cualquier parte convexa de la interfaz agua-aire se desplaza ligeramente hacia arriba contra la interfaz hielo-agua, entonces la liberación del calor latente es grande en el lado corriente arriba de cualquier parte convexa del hielo. -Interfaz de agua. Esto significa que el hielo crece más rápido en el lado corriente arriba que en el lado corriente abajo de cualquier parte convexa de la interfaz hielo-agua. Como resultado, no solo aumenta la amplitud de las ondas, sino que las ondas también se mueven hacia arriba con el tiempo, como se observó experimentalmente.

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