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La distribución en tamaños de las gotas de lluvia se puede explicar por la fragmentación espontánea que sufren por su fricción con el aire.

Secuencia de explosión de una gota de agua. Foto: Emmanuel Villermaux.

No hay nada como ver llover cuando se está a cubierto, es casi poético y si es en verano es incluso agradable. Aunque nos fijemos atentamente parece que las gotas de lluvia que caen en ses momento tienen el mismo tamaño, pero no es así. Hace ya un siglo los físicos colocaron láminas de papel absorbente bajo la lluvia descubriendo con sorpresa que las gotas caen en una gran variedad de tamaños a la vez, desde los 5mm a tamaños por debajo del milímetro. Además esta variación en tamaños era independiente del chubasco en cuestión.
¿Cómo crean las nubes toda una gama (por favor no «rango») de gotas de lluvia de distintos tamaños? Esto ha tenido intrigado a los meteorólogos durante mucho tiempo, y durante todos estos años no se ha explicado muy bien el fenómeno. La explicación favorita se basa en las colisiones entre gotas.
Ahora, gracias a filmaciones a alta velocidad se ha podido dilucidar la razón, dando con una explicación más simple de la que se pensaba: las gotas de lluvia explotan en vuelo transformándose en otras más pequeñas.
La idea original era que las gotitas de lluvia crecen según chocan suavemente unas con otras, pero a la vez colisiones más fuertes hacen que la gotas se rompan produciendo gotas más pequeñas. Estos procesos pueden explicar la gran distribución en tamaños y formas, pero volcar esto a ecuaciones hace que el análisis de este problema sea difícil.
Además, esta teoría presenta un problema, y es que incluso cuando la lluvia es muy fuerte puede haber unos miles de gotitas por metro cúbico, pero solamente se pueden dar unas decenas de colisiones desde una nube situada a mil metros de altura que no pueden dar lugar a tantas gotitas.
En los videos de alta velocidad que se han podido tomar se aprecia que el proceso es más sencillo. Los investigadores filmaron a 1000 fotogramas por segundo gotas aisladas de agua según caían en una corriente ascendente de aire en condiciones controladas de laboratorio. Se puede ver que la gota primero se deforma hasta hacerse plana como una tortilla, entonces se curva e infla como si fuera un “paracaídas”. Los bordes de este paracaídas se engrosan y arrugan produciéndose bultos, hasta que la presión del aire lo rompe formándose numerosas gotitas pequeñas cuya gama de tamaños se debe al tamaño de los bultitos del borde del paracaídas original. De este modo cada gota se rompería de manera aislada en su camino al suelo independientemente de sus vecinos.
Según Emmanuel Villermaux, de la Universidad de Marsella, Este proceso es suficiente para explicar la gran variedad de tamaños que se observa en las gotas de lluvia sin necesidad de invocar a unas hipotéticas colisiones.
Según él lo más interesante es que las ecuaciones necesarias para describir la explosión de las gotas son menos complejas que las necesarias para describir las colisiones entre ellas y su coalescencia posterior de manera repetitiva.
Si una gota de lluvia se rompe de una manera estadísticamente predecible, entonces determinar la gama de tamaños de las gotas de un chubasco varía sólo con la intensidad del mismo: una lluvia fuerte da lugar a grandes gotas iniciales y una distribución en tamaños amplia frente una fina lluvia de gotitas pequeñas.
Villermaux, junto a su colaborador de la misma institución Benjamin Bossa, publican su estudio en Nature Physics. La nueva idea les vino a estos físicos al saber sobre las transformaciones que sufrían las gotas de combustibles en los motores diésel, que al ser inyectadas en el cilindro por los inyectores son sometidas a un proceso muy similar al descrito.
Aunque algunos expertos apoyan este resultado, los meteorólogos, que han creído durante mucho tiempo que el tamaño de las gotas de lluvia es determinado dentro de las nubes, en general rechazan esta nueva teoría.
El próximo paso sería observar el fenómeno durante una lluvia real desde un avión. Algo que no parece sencillo.
Pese a todo Villermaux dice que el hallazgo no ayudará a una mejor predicción del tiempo atmosférico: «Es sólo por el placer de comprenderlo», afirma.

Fuentes y referencias:
Artículo original (resumen).
Noticia en Science.
Vídeo (en formato flv).