¿Cuál es la verdadera forma de las gotas de lluvia?

Les pedí a mis hijas de 10 y 6 años dibujar como ellas pensaban que serían las gotas de lluvia. Así, ellas conseguirían más una pequeña clase de ciencias durante este período, donde nos hemos visto en la necesidad de realizar nuestras actividades del día a día desde casa, por causa de la pandemia de COVID-19.

Mi hija de 6 años dibujó una lágrima con su parte superior rizada - ella demoró un poco hasta obtener el rizo perfecto. Mi hija de 10 años me dijo que ella tenía dos ideas: la primera sería la de una lágrima, con un punto, y la segunda, una línea casi vertical. Dijo que cuando miras la lluvia, es así como se ve.

Lamentablemente, las dos estaban equivocadas. Cuando miramos la lluvia por la ventana o en la televisión, así como mi hija mayor dice, la vemos como rayitas verticales (o diagonales, si hay viento fuerte). Este efecto se debe al desenfoque de movimiento, no es la verdadera forma de la gota de lluvia. De hecho, a diferencia de las ideas de mis hijas, las gotas son pequeñas y arredondadas, no alargadas y delgadas.

¿Porqué las gotas de lluvia son pequeñas y arredondadas?

Comencemos con las gotas más pequeñas, la llovizna; esas con las que no te preocuparías de salir o no con impermeable, pero media hora después te das cuenta que hizo mucha falta. Estas gotas tienen cerca de un décimo de milímetro de diámetro. Como son pequeñas, ellas tienen una gran superficie en relación a su masa. Esto significa que caen lentamente, y la tensión superficial sobre ellas las comprime en esferas casi perfectas.

¿Qué pasa con una gota mucho mayor, de alrededor de 2 milimetros de diámetro? Esta es la verdadera gota de lluvia. Su superficie es 400 veces mayor que el tamaño de la llovizna, y su masa cerca de 8.000 veces mayor. Así, la masa se ha vuelto más importante, y la tensión superficial no consigue apretarla en una esfera perfecta. Ella cae rápido, y el viento pasa por ella, presionando su parte inferior - esto es conocido como fuerza de arrastre. Es la misma fuerza que hace que la cara de los paracaidistas se vea divertida cuando saltan de un avión.

Este aumento en la fuerza de arrastre empuja la base de la gota hacia arriba, y combinada con la reducción de la tensión superficial que mantiene su forma redonda, la gota termina adquiriendo un formato aplanado en su parte inferior y un domo en su parte superior. Exactamente lo opuesto de lo que la mayoría de las personas esperarían. Sería parecida a una pelota de playa gigante, medio inflada.

Ahora, imaginemos una gota de 5 milímetros de diámetro -este es el tamaño de las gotas más grandes ya medidas. Tiene una superficie 2.500 veces mayor que nuestra primera gota de llovizna, y una masa 125.000 veces más grande. Ahora, la gota ahora cae mucho más rápido y queda tan aplanada y fina que tiende a parecer más con un paracaídas. En este punto, la tensión superficial falla por completo, y la gota luego se rompe en muchas de gotitas de tamaños menores.

La importancia de conocer el tamaño y forma de las gotas

Hay dos razones principales por la cual esto es importantes. Estableciendo un tamaño máximo para las gotas de lluvia, podemos utilizar esta información en las simulaciones que nos entregan los pronósticos de tiempo y ayudarnos a predecir de forma más acertada cuánto llueve.

Esto también es útil cuando se realizan mediciones de las condiciones del tiempo utilizando radares meterorológicos -ellos envían ondas de radio hacia las nubes y miden como esta onda vuelve al sensor. Cuando un radar envía ondas orientadas horizontales y verticales, y al volver al aparato lo hacen con el mismo formato de onda, los meteorólogos saben que están midiendo gotas esféricas, como las de la llovizna. Si se obtiene un señal de retorno diferente para cada orientación, indica que las gotas son más aplanadas, mayores, como las que se asocian a lluvia intensa.