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¿Alguna vez has jugado con una mezcla de maicena y agua, notando cómo se vuelve sólida cuando la aprietas, pero se convierte en un líquido al soltarla? Este es un ejemplo perfecto de un fluido no newtoniano, un fenómeno sorprendente que desafía nuestras ideas sobre el comportamiento de los líquidos.
Los fluidos no newtonianos son cruciales en diversas aplicaciones industriales y científicas, y entender su comportamiento nos permite innovar en campos como la medicina, la ingeniería y la tecnología de materiales. En este artículo, exploraremos qué son estos fluidos, en qué se diferencian de los fluidos newtonianos, sus tipos, usos y cómo puedes hacer uno en casa.
Los fluidos no newtonianos son aquellos cuya viscosidad cambia bajo fuerza o tensión. A diferencia de los fluidos newtonianos, donde la viscosidad permanece constante independientemente de la velocidad de deformación, los fluidos no newtonianos pueden volverse más viscosos o menos viscosos cuando se les aplica una fuerza.
Esto significa que su resistencia al flujo no es lineal y depende de cómo se les manipule. Un ejemplo común es la mezcla de maicena y agua, también conocida como "fluido oobleck". Este fluido se comporta como un sólido cuando se le aplica una presión rápida, pero fluye como un líquido bajo presión lenta.
Para comprender mejor los fluidos no newtonianos, es útil compararlos con los fluidos newtonianos. Los fluidos newtonianos, como el agua y el aire, tienen una viscosidad constante que no cambia con la velocidad de deformación. La relación entre el esfuerzo cortante y la tasa de deformación es lineal y se describe por la ley de viscosidad de Newton.
En contraste, los fluidos no newtonianos no siguen esta relación lineal. Su comportamiento puede variar dependiendo de la velocidad de deformación, el tiempo de aplicación de la fuerza y otras condiciones. Aquí hay algunas diferencias clave:
Viscosidad definida y constante vs. variable: En los fluidos newtonianos, la viscosidad es constante. En los no newtonianos, la viscosidad cambia con la aplicación de una fuerza.
Relación esfuerzo-deformación: En fluidos newtonianos, esta relación es lineal. En los no newtonianos, la relación puede ser no lineal.
Comportamiento bajo estrés: Los fluidos newtonianos se comportan de manera predecible bajo esfuerzo. Los no newtonianos pueden comportarse de maneras sorprendentes e inesperadas.
Los fluidos no newtonianos se clasifican en varias categorías según su comportamiento bajo esfuerzo:
Plásticos de Bingham: Este tipo de fluidos permanecen estáticos hasta que se aplica un esfuerzo inicial específico. Ejemplos incluyen la pasta de dientes y la pintura.
Pseudoplásticos (dilatantes): La viscosidad disminuye con la tasa de deformación. Un ejemplo clásico es la sangre.
Dilatantes (fluidificantes): La viscosidad aumenta con la tasa de deformación. Ejemplos incluyen suspensiones de almidón en agua (como el oobleck).
Reopecticos: Estos fluidos aumentan su viscosidad con el tiempo bajo un esfuerzo constante. Ejemplos son menos comunes, pero incluyen algunas suspensiones y geles espesantes.
Tixotrópicos: Estos fluidos disminuyen su viscosidad con el tiempo bajo un esfuerzo constante. Ejemplos incluyen ciertas pinturas y algunos tipos de arcilla.
Los fluidos no newtonianos tienen una amplia variedad de aplicaciones en diferentes campos de la ciencia y la ingeniería debido a sus propiedades únicas:
Industria alimentaria: Muchos productos alimenticios como salsas, yogures y mermeladas son fluidos no newtonianos, cuyo comportamiento afecta su textura y facilidad de procesamiento.
Medicina: La sangre es un fluido no newtoniano, y entender su comportamiento es crucial en la medicina y la biotecnología. Además, los fluidos no newtonianos se utilizan en cremas y geles terapéuticos.
Tecnología de materiales: Los fluidos no newtonianos se emplean en la fabricación de materiales como plásticos y polímeros que requieren propiedades específicas de deformación y flujo.
Protección personal: Materiales como los chalecos antibalas pueden incorporar fluidos no newtonianos que se vuelven rígidos bajo impacto, proporcionando una mayor protección.
Hacer un fluido no newtoniano en casa es sencillo y divertido. Aquí te mostramos cómo puedes hacer un fluido dilatante con maicena y agua:
Maicena (almidón de maíz)
Agua
Un tazón para mezclar
Una cuchara
Vierte maicena en el tazón: Comienza con aproximadamente una taza de maicena.
Agrega agua lentamente: Añade agua poco a poco mientras mezclas con la cuchara. La proporción inicial puede ser aproximadamente 1:1, pero ajusta según sea necesario.
Mezcla bien: Continúa añadiendo agua y mezclando hasta que la mezcla tenga una consistencia espesa. Debe parecerse a un líquido cuando se mueve lentamente, pero solidificarse cuando se aplica presión.
Prueba la mezcla: Experimenta con la fuerza aplicada. Golpea la mezcla rápidamente con la mano o una cuchara y observa cómo se endurece, luego deja que fluya lentamente entre tus dedos.
Este experimento es una excelente manera de observar directamente las propiedades únicas de los fluidos no newtonianos.
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