22 octubre, 2010

Explicación física de por qué se sacuden los perros para secarse

Un interesante artículo en la revista ArXiv explica el por qué los perros – y otros mamíferos peludos – agitan sus cuerpos húmedos para secarse. Bueno, la importancia de este estudio no es muy relevante, sin dudas será un nominado para el Ig Nobel de Física del próximo año; pero, creo que este artículo demuestra la esencia de la ciencia (bonita rima)…

¿Cuál es la esencia de la ciencia? Simplemente investigar algo por curiosidad. Les aseguro que más del 70% de las investigaciones científicas son hechas por mera curiosidad; sin embargo, los científicos se pasan horas tratando de encontrarle alguna utilidad y relevancia a su trabajo, cuando en realidad no la tiene.

 

Buscarle una justificación a un trabajo de investigación es lo más difícil que hay al momento de redactar el perfil del proyecto o el informe final, ya que si pones… “el presente trabajo se realiza porque me dio curiosidad saber el mosquito tiene mayor preferencia por picar a las personas despiertas que a las personas dormidas”, ninguna entidad te financiará la investigación, así que para conseguir ese financiamiento cambias la justificación por… “el presente trabajo se realiza para saber las preferencias de Anopheles spp. (vector de la malaria) por las personas según su actividad fisiológica (actividad o reposo) para desarrollar nuevas estrategias de prevención de picaduras y reducir la incidencia de malaria en la selva

Continuando con el artículo de ArXiv, Dickerson et al. del Instituto Tecnológico de Georgia, ellos intentaron calcular la velocidad óptima para que el mamífero, especialmente el perro, se seque de manera más eficiente. Su justificación fue… “secarse el pelo húmedo es un factor crítico en la regulación de la temperatura de los mamíferos”.

Ahora vamos con un poco de física básica…

Para eliminar el agua del pelo debemos tomar en cuenta los siguientes factores: el número de veces que el perro agita su cuerpo en un segundo, o sea, el periodo de oscilación. Además, para que la humedad sea expulsada del pelo del animal debe haber una fuerza que la empuje hacia afuera, esta será la fuerza centrípeta. Esta fuerza dependerá del radio del cuerpo del animal. Y no olvidemos que la fuerza centrípeta debe ser lo suficientemente fuerte como para vencer la tensión superficial del agua, la cual la mantiene la humedad adherida al pelo del animal.

labrador2

Para determinar todos estos valores, los perros fueron filmados con cámaras de alta velocidad para calcular sus periodos de oscilación. Como era de esperarse, el periodo de oscilación o frecuencia (T) era mayor cuanto menor era el radio del cuerpo del animal (Figura). Por ejemplo, un labrador retriever tenía en un T= 4.3Hz.

labrador

Cuando la frecuencia es lo suficientemente alta, se forman gotas de agua en la punta de los pelos, las cuales, por acción de la fuerza centrípeta, son expulsadas. Ahora hacemos nuestro diagrama de cuerpo libre (DCL) de la gota para ver las fuerzas que actúan…

DCL gota

Las fuerzas son: la tensión superficial, la presión sobre la gota de agua y la fuerza centrípeta, así que igualando fuerzas obtenemos:

ecuacion

Pero, para que la gota sea expulsada del pelo del animal, la fuerza centrípeta debe superar a la fuerza de la tensión superficial del agua en contacto con el pelo. En base a la ecuación y los datos experimentales obtenidos con los perros, se pudo hacer un modelo matemático para predecir la frecuencia a la que el cuerpo del animal debe oscilar (ω) para que sea capaz de secarse y esta es igual a: R-0.5 (siendo R es el radio del cuerpo del perro).

Sin embargo, cuando se determinó las velocidades de oscilación de otros animales más pequeños o más grandes, vieron que la ecuación no tenía un comportamiento lineal. O sea, el radio y la frecuencia de oscilación no tenían una proporción lineal. En los ratones la frecuencia era de 27Hz, en las ratas 18Hz y en los osos 4Hz, o sea, el comportamiento era tipo logarítmico. Haciendo estos ajustes determinaron que la frecuencia de oscilación mínima para un secado óptimo en la naturaleza es igual a R-075; aún así, consistente con lo que se determinó teóricamente con la ecuación.

shake

Pueden descargar el video en: http://bit.ly/aHXGsU (Baja resolución) o en http://bit.ly/b4TYxX (Alta resolución), o lo pueden ver en YouTube gracias a WiredScience.

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