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El ketchup es uno de los condimentos más populares en los EE. UU., junto con la mayonesa, pero sacar esas últimas cucharadas de la botella a menudo resulta en una salpicadura repentina. «Es molesto, potencialmente vergonzoso y puede arruinar la ropa, pero ¿podemos hacer algo al respecto?» Callum Cuttle, de la Universidad de Oxford, durante una conferencia de prensa a principios de esta semana en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física sobre dinámica de fluidos en Indianápolis, Indiana. «Y lo que es más importante, ¿puede la comprensión de este fenómeno ayudarnos con otros problemas en la vida?»
La respuesta a ambas preguntas, según Cuttle, es un rotundo sí. Junto con su colega de Oxford, Chris MacMinn, realizó una serie de experimentos para identificar las fuerzas en juego y desarrollar un modelo teórico para las salpicaduras de ketchup. Entre los hallazgos más interesantes: apretar la botella más lentamente y duplicar el diámetro de la boquilla ayuda a evitar salpicaduras. También hay un umbral crítico en el que el flujo de ketchup cambia repentinamente de no salpicar a salpicar. Se ha publicado un documento de preimpresión en arXiv y actualmente se encuentra en proceso de revisión por pares.
Isaac Newton identificó las propiedades de lo que consideró un «líquido ideal». Una de esas propiedades es la viscosidad, vagamente definida como cuánta fricción/resistencia hay para fluir en una sustancia dada. La fricción surge porque un líquido que fluye es esencialmente una serie de capas que se deslizan unas sobre otras. Cuanto más rápido se desliza una capa sobre otra, más resistencia hay, y cuanto más lento se desliza una capa sobre otra, menos resistencia hay.
Pero no todos los líquidos se comportan como el líquido ideal de Newton. En el fluido ideal de Newton, la viscosidad depende en gran medida de la temperatura y la presión: el agua seguirá fluyendo, es decir, actuará como agua, independientemente de otras fuerzas que actúen sobre ella, como ser agitada o mezclada. En un fluido no newtoniano, la viscosidad cambia en respuesta a una deformación aplicada o una fuerza de corte, por lo que se extiende a ambos lados del límite entre el comportamiento líquido y sólido. A los físicos les gusta llamar a esto una «fuerza de corte»: agitar una taza de agua produce una fuerza de corte, y el agua se corta para apartarse. La viscosidad permanece invariable. Pero la viscosidad de los fluidos no newtonianos cambia cuando se aplica una fuerza de corte.
El ketchup es un fluido no newtoniano. La sangre, el yogur, la salsa, el barro, el pudín y los rellenos espesados para pasteles son otros ejemplos, junto con la baba de mixinos. No todos son exactamente iguales en términos de su comportamiento, pero ninguno de ellos se adhiere a la definición de Newton de un líquido ideal.
La salsa de tomate, por ejemplo, se compone de sólidos de tomate pulverizados suspendidos en un líquido, lo que lo convierte en un «sólido blando» más que en un líquido, según Anthony Stickland de la Universidad de Melbourne en Australia. Los sólidos se conectan para crear una red continua, y uno debe superar la fuerza de esa red para que la salsa de tomate fluya, generalmente golpeando o golpeando la botella. Una vez que eso sucede, la viscosidad disminuye, y cuanto más disminuye, más rápido fluye la salsa de tomate. Los científicos de Heinz han fijado el caudal óptimo de salsa de tomate en 0,0045 por hora.
Cuando solo queda un poco de salsa de tomate en la botella, debe golpearla mucho más fuerte, lo que aumenta el riesgo de salpicaduras. «Cuando llegas al final, gran parte de lo que hay adentro es aire», dijo Cuttle. «Entonces, cuando aprietas, lo que haces es comprimir aire dentro de la botella, lo que genera una presión que arrastra el [ketchup] La boquilla proporciona una fuerza de arrastre viscoso que contrarresta el flujo viscoso de la salsa de tomate, y el equilibrio entre ellos determina la tasa de flujo. A medida que la botella se vacía, la viscosidad disminuye porque hay cada vez menos salsa de tomate para empujar. de líquido significa que hay cada vez más espacio para que el aire se expanda dentro de la botella, disminuyendo la fuerza impulsora con el tiempo.
Comprender la complicada dinámica de por qué el flujo suave cambia repentinamente a una salpicadura comenzó con la simplificación del problema. Cuttle y MacMinn crearon un análogo de una botella de ketchup, llenando jeringas (básicamente tubos capilares) con ketchup y luego inyectando diferentes cantidades de aire (de 0 a 4 mililitros) a tasas de compresión fijas para ver cómo el cambio de la cantidad de aire afectaba la tasa de flujo. y si la salsa de tomate salpicó. Repitieron los experimentos con jeringas llenas de aceite de silicona para controlar mejor la viscosidad y otras variables clave.