Mezclar líquidos es fácil, o al menos científicamente entendido:una gota de colorante para alimentos eventualmente se mezclará con una taza de agua a través de la difusión, y una cucharada de crema se puede mezclar con el café con una cuchara a través de lo que se llama mezcla turbulenta.

Pero, ¿y si el material tiene propiedades tanto de líquidos como de sólidos, que es el caso de materiales como el hormigón, pintura, y arena? Materiales llamados de límite elástico, estas mezclas pueden fluir como líquidos y permanecer quietas como sólidos.

Comprender cómo se mezclan estos materiales tiene implicaciones en industrias como la farmacéutica y la fabricación de hormigón, pero aún se sabe poco sobre cómo mezclarlos mejor.

En un nuevo documento en Comunicaciones de la naturaleza , Los profesores de ingeniería de Northwestern encuentran que la mezcla de materiales de límite elástico crea regiones tanto mixtas como no mixtas, proporcionando un comienzo fundamental para comprender cómo diseñar mejor los protocolos de mezcla. Julio M. Ottino, Paul Umbanhowar, y Richard Lueptow fueron los coautores del artículo.

"Los fundamentos teóricos del flujo de materia granular aún están muy incompletos, "dijo Ottino, Walter P. Murphy Catedrático de Ingeniería Química y Biológica. "Encontramos una notable persistencia del orden en medio del caos".

La cuestión era qué tan bien se podía mezclar el material granular en un sistema básico:un vaso esférico. ¿Se mezclaría el material como un sólido? a través de un método de "cortar y barajar" similar a una baraja de cartas? ¿O se mezclaría como un líquido viscoso? como la miel, a través de un patrón de "estiramiento y plegado"?

Para probar esta idea, los investigadores llenaron hasta la mitad un vaso esférico con perlas de vidrio de 2 milímetros. Cuando se gira, la capa superior de cuentas fluyó como un fluido hasta el fondo de la esfera, mientras las otras cuentas permanecieron en su lugar, como un sólido.

Pero los investigadores mezclaron las cuentas girando el tambor a lo largo de diferentes ejes. Para rastrear qué tan bien se mezclaron las cuentas, colocaron una partícula trazadora de 4 mm en el interior y luego ejecutaron las rotaciones una y otra vez, a veces hasta 500 veces, y tomó imágenes de rayos X de la esfera para ver dónde terminaba la partícula trazadora.

A pesar de probar varios protocolos rotacionales diferentes, los investigadores encontraron que inevitablemente había regiones que se mezclaban y regiones que no se mezclaban. Este fue el resultado de la interacción entre los dos métodos de mezcla, cortar y barajar y estirar y doblar.

"Aunque el material a menudo se mueve en cuñas de esta manera de cortar y mezclar, todo lo que hacen esas cuñas es moverse juntas, "dijo Umbanhowar, profesor investigador de ingeniería mecánica. "Hay regiones que nunca se mezclan".

Comprender este concepto puede conducir a conocimientos en lugares interesantes e inesperados, como la Lotería de Navidad de España, donde 100, 000 pequeñas bolas de madera con números de boleto únicos caen en una esfera, mientras que 1, 807 bolas etiquetadas con premios caen en otra. Durante el dibujo, una bola de premio y un número de boleto correspondiente se extraen de cada esfera hasta que la esfera de la bola de premio está vacía. Pero si el vaso incluye regiones que están mezcladas y regiones que no lo son, La colocación inicial de la bola en el vaso se convierte en un factor descomunal para decidir si será elegida.

"Existe una expectativa de aleatoriedad, pero nuestros resultados muestran que este no es el caso, "Dijo Ottino.

Los investigadores esperan realizar estudios futuros para mostrar cómo esta información se puede aplicar en diferentes materiales.

"Esto nos brinda una herramienta completamente nueva para comprender qué se mezcla y qué no se mezcla, ", Dijo Umbanhowar." Estos resultados, en última instancia, se pueden utilizar como una herramienta de diseño ".