1. ¿Por qué las gotas de agua tienden a ser redondas?
Después de la lluvia, el agua sobre las hojas o las telas de araña no se extiende en una capa plana, sino que forma esferas. En la explicación escolar, se describe que las moléculas de agua se atraen entre sí, y esta fuerza no actúa hacia el exterior de la superficie esférica, por lo que el agua intenta convertirse en una esfera [1]. Esta propiedad se llama tensión superficial. Los líquidos intentan reducir al mínimo el área de su superficie [2]. Para un mismo volumen, la forma con la menor superficie es la esfera. Por eso, el agua se aproxima a la forma redonda en la medida que el lugar donde está lo permite.
Lo curioso es que las gotas de agua sobre los hilos de araña no forman una sola gota grande, sino una fila de gotas pequeñas. ¿Cómo cambia el agua que está adherida en forma alargada sobre un hilo?
2. Cómo una película de agua alargada sobre un hilo se divide en gotas
Las columnas de agua alargadas o las películas de agua sobre un hilo no pueden mantener esa forma. Para reducir el área de la superficie, algunas partes se hinchan y se dividen en gotas. Este fenómeno se llama inestabilidad de Plateau-Rayleigh, por el nombre de sus descubridores [2]. Un artículo de 2015 menciona las brillantes gotas de agua en las telas de araña como un ejemplo cercano de esta inestabilidad. Al convertirse en gotas, la superficie del líquido disminuye y, con ello, la energía acumulada en la superficie también baja [3].
Sin embargo, no todas las ondulaciones en un líquido alargado crecen. En un líquido cilíndrico, solo crecen las ondulaciones cuya longitud de onda es mayor que la circunferencia del cilindro [2]. Las ondulaciones cortas, que aumentarían la superficie, desaparecen. Entonces, ¿cuál es la longitud de la ondulación que destaca entre las que crecen? Esa longitud determina la separación entre las gotas.
Nota de seguridad: En líquidos cilíndricos, solo se amplifican las ondulaciones con longitud de onda mayor que la circunferencia; las más cortas se atenúan. No todas las ondulaciones crecen, solo las que cumplen la condición de ser más largas que la circunferencia.
3. De qué depende la distancia entre las gotas: el radio del hilo y del agua
¿Qué determina la distancia entre las gotas? Un artículo de 2015 indica que, para la película de líquido sobre un hilo, la longitud de onda de la ondulación que crece más rápido es aproximadamente 8.9 veces el radio combinado del hilo y la película (2π√2 veces) [3]. En un modelo con fibra de vidrio y película de poliestireno, se observó que la longitud de onda de la ondulación más rápida es proporcional al radio [3].
Por ejemplo, si el radio combinado del hilo y la película es de 0.01 mm, la distancia calculada es de aproximadamente 0.09 mm. Este es un valor calculado mediante fórmula, no una medición real de una tela de araña. Hay dos puntos de atención. Primero, el experimento del artículo se realizó con una película de poliestireno sobre fibra de vidrio, no midiendo hilos de araña reales. Segundo, el número de aproximadamente 9 veces corresponde a la fórmula para la película sobre el hilo. Para una columna de líquido sin soporte, la longitud de onda de la ondulación que se rompe más rápido se expresa con otra fórmula, siendo aproximadamente 9.02 veces el radio [2]. Los números son cercanos, pero no son la misma fórmula.
Por lo tanto, decir que las gotas se alinean "a intervalos casi iguales" es una aproximación. El modelo indica que el radio combinado del hilo y el agua sirve como referencia para la distancia. Ya sabemos que las gotas se alinean naturalmente. ¿Se forman las gotas pegajosas que la araña crea sobre sus hilos con el mismo mecanismo?
4. Cómo cambia la adherencia de las gotas pegajosas de la araña Argiope trifasciata según la humedad
Se ha reportado que las gotas pegajosas en los hilos transversales de las arañas del género *Argiope trifasciata* (arañas de jardín) se forman cuando el líquido aplicado al hilo se divide en gotas a intervalos regulares debido a la inestabilidad de Plateau-Rayleigh [4]. La lógica de la alineación de las gotas parece ser la misma para las gotas pegajosas que la araña construye.
El líquido de estas gotas pegajosas contiene pequeñas sustancias que atraen el agua, como sales o péptidos pequeños. En experimentos donde se subió la humedad relativa del 10% al 90%, el volumen de las gotas aumentó aproximadamente un 100%, es decir, se duplicó [6]. Las cifras varían según la especie. Cuando las gotas absorben agua, la viscosidad del líquido interior cambia. En algunas especies, se reporta que la fuerza de adherencia cambia casi 10 veces según la humedad [7]. Es posible que las telas de araña en mañanas húmedas tengan propiedades distintas a las de días secos.
Hasta ahora hemos visto cómo el agua o el líquido sobre el hilo se convierte en gotas. ¿Existen hilos que cambian de forma activamente para concentrar agua?
5. Por qué los hilos de la araña Cyrtophora moluccensis forman bultos al mojarse
Los hilos de captura de la araña *Cyrtophora moluccensis* (conocida como *Tairiku Uzugumo* en Japón) cambian de forma al mojarse. Según una investigación publicada en 2010, la estructura se transforma en bultos en forma de huso hechos de nanofibras orientadas al azar, separados periódicamente por uniones de nanofibras alineadas [5]. Entre los bultos y las uniones se generan un gradiente de energía superficial y una diferencia de presión dentro de la gota de agua (presión de Laplace). El estudio explica que estos dos factores actúan juntos para que las gotas de agua se acumulen desde las uniones hacia los bultos, recolectando agua de forma continua [5].
Las pequeñas gotas de agua formadas por la condensación del vapor de agua en la tela, al crecer, se deslizan a lo largo de las uniones lisas hacia los bultos. Al unirse con una gota grande en el bulto, la unión queda libre, por lo que puede recolectar nuevas gotas [8]. La araña *Cyrtophora moluccensis* es una araña que usa hilos de fibras finas sin usar mucus. Su sistema es diferente al de los hilos transversales de las arañas de jardín, que tienen gotas pegajosas [8]. Así, en las gotas de agua de una misma tela de araña, hay casos donde se dividen naturalmente sobre el hilo y casos donde el hilo cambia de forma para recolectarlas.
6. Cómo observar una tela de araña tras la lluvia y experimentar con hilos finos
Si encuentras una tela de araña en una mañana después de la lluvia, observa la alineación de las gotas desde lejos. ¿Están las distancias uniformes? ¿Dónde están las gotas grandes y las pequeñas? ¿Hay hilos secos? No toques la tela.
Si no encuentras una tela, puedes intentar ver la alineación de las gotas tendiendo un hilo fino en casa (como hilo para volar una cometa o de costura) y rociando agua con un atomizador. Hazlo junto con un adulto, en un lugar donde el agua no dañe máquinas ni electricidad. Al comparar cómo cambia la alineación según el grosor del hilo o la cantidad de agua, podrías observar cómo la distancia parece depender del grosor del hilo y el agua.
Nota de seguridad: Realiza el experimento junto con un adulto y en un lugar donde el agua no cause problemas.
Si quieres saber más sobre este mecanismo, el artículo de Haefner et al. (2015) [3] y el resumen en japonés del artículo de Zheng et al. (2010) [5] son buenos puntos de partida.