Las fuerzas ópticas de Bernoulli podrían dirigir objetos bañados en luz, dicen los teóricos

Si nunca ha oído hablar de las fuerzas de Bernoulli, seguramente las habrá experimentado. Estas son las fuerzas que mantienen a los aviones en el aire, que introducen combustible en el carburador de su automóvil y hacen que las pelotas de tenis giratorias se desvíen.

Lleva el nombre del científico suizo del siglo XVIII Daniel Bernoulli, quien descubrió que un fluido que fluye a alta velocidad tiene una presión más baja que uno que fluye a menor velocidad. Cuando la diferencia de presión ocurre en lados opuestos del mismo objeto, como un ala, experimenta una fuerza que empuja el ala desde la región de alta presión hacia la de baja presión.

Eso plantea una pregunta interesante. ¿Pueden los objetos que se sientan en un flujo similar a un fluido no convencional, como un rayo de luz, también experimentar las fuerzas de Bernoulli? Hoy, Ramis Movassagh de la Northeastern University en Boston y Steven Johnson del Massachusetts Institute of Technology en Cambridge, dicen que pueden y exploran las condiciones en las que esto podría suceder.

Estos tipos comienzan su análisis imaginando un cilindro dieléctrico giratorio, como una varilla de vidrio, bañado en una corriente de fotones. En esta analogía, la corriente de fotones es el fluido y la varilla de vidrio es el equivalente a una pelota de tenis que gira.

En un juego de tenis, una pelota que gira en el aire se desvía porque la presión en un lado es mayor que en el otro. Eso se debe a que en un lado de la bola que gira, su superficie se mueve hacia el flujo de aire, pero se aleja del otro lado. Eso provoca una diferencia de presión, tal como predice Bernoulli.

Movassagh y Johnson preguntan si podría surgir una diferencia similar de presión para un objeto que gira en un rayo de luz. Concluyen que sí, pero solo si el objeto está hecho de un material dieléctrico, como vidrio o plástico.

En un dieléctrico, un campo electromagnético externo puede penetrar una pequeña profundidad en el material. Cuando el material está girando, esta interacción genera una fuerza. Movassagh y Johnson calculan que esta fuerza está en la misma dirección que la fuerza de Bernoulli cuando la susceptibilidad eléctrica del material es positiva y en la dirección opuesta cuando la susceptibilidad eléctrica es negativa.

Un corolario interesante es que la fuerza es cero cuando el material es un conductor. Eso tiene sentido. Debido a que un conductor perfecto no permite la penetración de los campos electromagnéticos, los campos no pueden notar que está girando o ser arrastrado por la materia en movimiento, dicen Movassagh y Johnson.

Sin embargo, hay una advertencia: esta nueva fuerza óptica de Bernoulli es pequeña. Sin embargo, señalan que debería ser posible magnificarlo aprovechando los efectos de resonancia. Esto podría hacerse con esferas de varias capas que pueden atrapar la luz o utilizando materiales en los que la interacción con la luz se ve reforzada por plasmones de superficie, por ejemplo.

Nadie ha visto nunca la fuerza óptica de Bernoulli, pero con este tipo de aumento, es posible que se vea en el laboratorio en un futuro relativamente cercano.

La única pregunta entonces será para qué se podrían utilizar las fuerzas ópticas de Bernoulli. Respuestas por favor en la sección de comentarios a continuación.

Ref: arxiv.org/abs/1305.0317 : Fuerzas ópticas de Bernoulli

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