Cuando el agua hierve, hay tres razones principales por las que hace ruido: nucleación, cavitación y explosión en la superficie. El sonido más fuerte ocurre cuando las burbujas estallan, lo que se llama cavitación.
Cuando cocinas, hervir agua es un paso necesario. Pones agua en una olla, la calientas en la estufa y la cubres para maximizar la energía térmica. Sin embargo, justo antes de que el agua alcance el punto de ebullición, comienza a hacer ruido y la tapa comienza a temblar. Esto indica que el agua ha hervido. Después de hervir, puedes usar el agua para tu receta. Pero ¿alguna vez te has preguntado por qué el agua hace el sonido más fuerte justo antes de hervir?
Agua hirviendo
Si observas detenidamente el agua mientras hierve, notarás que inicialmente no hay casi ningún sonido. Pero a medida que el agua continúa calentándose y la temperatura sube, el sonido se vuelve más notable. El ruido se vuelve más fuerte a medida que el agua se acerca al punto de ebullición.
Agua hirviendo en una cazuela de vidrio. Crédito: Roman Sigaev/Fotolia
Es posible que ya sepas que el punto de ebullición del agua es de 100 °C. Cuando el agua alcanza el punto de ebullición, se agita más visualmente, pero el sonido se vuelve más silencioso. Este fenómeno ha desconcertado a muchos científicos e investigadores.
Razones para estudiar este sonido
Si nunca has tenido curiosidad por este fenómeno, vale la pena saber que comprender la ciencia detrás de él puede tener implicaciones significativas. Los científicos e ingenieros podrían desarrollar un sistema para eliminar o reducir el sonido silbante, no solo al hervir agua, sino también para minimizar o eliminar los silbidos irritantes que a veces provienen de los vehículos, especialmente cuando hay aire atrapado en el escape.
Ross Henrywood, un investigador de la Universidad de Cambridge, sugiere que una vez que identifiquemos la fuente del ruido y comprendamos su causa, podemos diseñar sistemas que estén libres de este sonido silbante.
Durante décadas, los científicos han estado tratando de desentrañar el misterio del sonido silbante que hace el agua caliente justo antes de hervir. En su libro Theory of Sound, John William Strut señaló: «mucho sigue sin estar claro sobre cómo se desencadenan las vibraciones». Afortunadamente, con los avances tecnológicos y el uso de cámaras de alta velocidad, los investigadores finalmente han resuelto el enigma.
Esencialmente, hay tres razones principales por las que el agua hace ruido al hervir: nucleación, cavitación y explosión en la superficie. Examinemos cada una de ellas en detalle.
Nucleación
Para entender la causa del sonido silbante, los investigadores hirvieron agua en una tetera y observaron las gotas de agua usando una cámara de alta velocidad. Las cámaras de video regulares capturan video a una velocidad de 30-60 cuadros por segundo, pero con una cámara de alta velocidad, los investigadores pueden capturar de 15,000 a 30,000 cuadros por segundo, lo que proporciona una mejor comprensión de este fenómeno.
La Phantom v341 es una cámara digital que captura imágenes de alta velocidad. Según los investigadores, la principal causa del ruido al hervir agua son las burbujas de aire atrapadas en el agua. Cuando el agua se calienta, el aire disuelto en el agua forma burbujas en el fondo del recipiente. La solubilidad de los gases no polares, como el oxígeno y el nitrógeno, disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto hace que el gas disuelto se convierta en burbujas de aire. Una vez que estas burbujas alcanzan un cierto tamaño, se liberan desde el fondo y suben a la capa superior del agua. Este proceso se conoce como nucleación. Por lo tanto, el ruido que escuchas al hervir agua es causado principalmente por estas burbujas que se forman en el fondo.
Si observas de cerca una tetera hirviendo sin una cámara de alta velocidad, puedes ver las pequeñas burbujas que se forman en el fondo. En términos de intensidad, este sonido es generalmente bajo, a una frecuencia de alrededor de 100Hz. El ruido agudo y silbante es causado principalmente por la cavitación, que se explicará a continuación.
Cavitación
A medida que la temperatura en la tetera sigue aumentando, las burbujas recién formadas intentan moverse hacia arriba a través de las capas de agua que están por encima de ellas. Estas capas son más frías que la capa inferior.
A medida que la burbuja se mueve hacia arriba y entra en el agua más fría por debajo de 100oC, pierde energía y comienza a colapsar antes de alcanzar la superficie del recipiente o la tetera. Este proceso ocurre miles de veces y el colapso es bastante violento. Cuando las burbujas colapsan y estallan, crean ondas de choque fuertes que generan el ruido agudo y silbante. Las burbujas que estallan dejan una cavidad, y el agua que rodea la cavidad choca entre sí cuando se apresura a llenar el espacio. Este fenómeno se llama cavitación y es bastante ruidoso.
Estallido en la Superficie
Cuando la temperatura está a punto de alcanzar los 100oC, las burbujas ganan la suficiente energía para llegar a la superficie y estallar suavemente. En este punto, el nivel de ruido disminuye. Este paso se conoce como estallido en la superficie. Finalmente, cuando todo el vapor llega a la parte superior, el ruido se detiene por completo. ¡Por eso el agua se vuelve silenciosa una vez que ha hervido!
Este ruido inesperado al hervir agua es algo que a menudo notamos pero rara vez pensamos en ello. Entonces, la próxima vez que estés en otra habitación y escuches este sonido, sabrás que el agua está a punto de hervir. ¡Esto te puede evitar tener que correr a la cocina para apagar la estufa y evitar que la olla se desborde!