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Anillos de humo

Estas sorprendentes estructuras se forman muy a menudo. ¿Por qué son tan estables?

En un remolino, solo muy cerca del eje central tiene lugar una rotación del líquido sobre sí mismo. Lejos de esa zona, el líquido ejecuta un movimiento circular pero sin rotación intrínseca, por lo que un barco de papel mantendrá la misma orientación a lo largo de la trayectoria circular. [BRUNO VACARO]

Un chorro de humo soplado sin más se dispersará con rapidez. En cambio, un anillo de humo puede recorrer una buena distancia sin deformarse demasiado. Este tipo de flujos son habituales en líquidos y gases: aparecen en los ventiladeros de los volcanes, los pulpos los crean cuando expulsan agua para impulsarse y, a cada latido del corazón, la sangre que penetra en el ventrículo izquierdo forma un remolino anular. ¿Cómo se forman estas estructuras y a que se debe su estabilidad?

Los anillos de humo forman parte de una categoría de flujos llamados vórtices. Estos se caracterizan por la presencia de un «filamento» central de fluido, el cual rota con gran rapidez y se encuentra rodeado por un remolino. El más simple es el remolino recto, como el que vemos en un tornado o el que se forma en nuestra bañera cuando se vacía. En ellos, la velocidad del fluido aumenta conforme nos acercamos al centro. En concreto, es inversamente proporcional a la distancia al eje.

Dicha relación se encuentra ligada a una propiedad importante: un pequeño objeto alejado del núcleo del remolino se verá arrastrado por el fluido en una trayectoria circular, pero sin rotar sobre sí mismo. Conservará su orientación, al contrario de lo que ocurre con el movimiento «en bloque» que experimenta la barquilla de un tiovivo. La rotación del fluido sobre sí mismo solo se da en el núcleo del remolino.

Esta propiedad se debe a que resulta difícil cambiar el estado de rotación de un fluido. Una vez que hemos removido el té o el café de nuestra taza, el líquido ejecutará un gran número de vueltas antes de detenerse. Este comportamiento aparece porque se trata de fluidos muy poco viscosos, y es la viscosidad (o el rozamiento) lo que permite poner un objeto en rotación o frenarlo. Para hacer girar un tornillo o una peonza, habremos de aplicar con los dedos dos fuerzas de la misma intensidad y sentidos opuestos. En ausencia de rozamiento es imposible generar una rotación, como podremos comprobar si intentamos desenroscar un tornillo con una mano grasienta.

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