La capa de moco en la parte inferior de la pata de un caracol es un ejemplo de un material blando que cede a la tensión hasta cierto punto, luego fluye. Este comportamiento, simplificado en un nuevo estudio de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, es lo que ayuda al caracol a moverse sin deslizamientos difíciles de manejar, similar al de muchos otros materiales naturales y sintéticos, desde el barro hasta los aditivos que hacen que la pasta de dientes fluya cuando se aprieta. Crédito:Rodrigo Quarteu
Años de meticulosa experimentación han valido la pena para los investigadores que buscan unificar la física que define los materiales que pasan de sólidos a líquidos. Los investigadores dijeron que un nuevo modelo teórico podría ayudar a desarrollar nuevos materiales sintéticos e informar y predecir los desafíos ambientales y de ingeniería civil, como los deslizamientos de tierra, roturas de presas y avalanchas.
El estudio, dirigido por Simon Rogers, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, desvela una expresión matemática unificada que define cómo los materiales blandos pero rígidos pasan de un flujo sólido a uno líquido cuando superan su umbral de tensión específico. Los hallazgos se publican en la revista Cartas de revisión física .
"El comportamiento de los fluidos de límite elástico se ha definido tradicionalmente tratando de combinar la física de dos tipos diferentes de materiales:sólidos y líquidos, "dijo el autor principal Krutarth Kamani, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular en Illinois. "Pero ahora, Hemos demostrado que estos estados físicos, sólidos y líquidos, pueden existir juntos en el mismo material, y podemos explicarlo usando una expresión matemática ".
Para desarrollar este modelo, El equipo realizó numerosos estudios que sometieron a una variedad de diferentes materiales blandos a tensión mientras medían las respuestas de deformación individuales de tipo sólido y líquido utilizando un dispositivo llamado reómetro.
"Pudimos observar el comportamiento de un material y ver una transición continua entre los estados sólido y líquido, "dijo Rogers, quien también es afiliado en el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en la U. de I. "Todos los modelos tradicionales describen un cambio abrupto en el comportamiento de sólido a líquido, pero pudimos resolver dos comportamientos distintos que reflejan la disipación de energía a través de mecanismos sólidos y fluidos ".
El estudio informa que este desarrollo brinda a los investigadores un modelo simple con el que trabajar, facilitando la realización de cálculos a gran escala como los necesarios para modelar y predecir eventos catastróficos como deslizamientos de tierra y avalanchas.
"Los modelos existentes son computacionalmente costosos, y los investigadores deben luchar con los números para que los cálculos sean lo más precisos posible, ", Dijo Rogers." Nuestro modelo es simple y más preciso, y lo hemos demostrado a través de muchos experimentos de prueba de concepto ".
Los investigadores dijeron que los estudios complejos de límite elástico de los fluidos son un tema candente para quienes investigan los flujos geofísicos. remediación de residuos y procesos industriales como el desarrollo de nuevos materiales, Impresión 3D y minimización de costes de transporte de residuos. "Nuestro modelo define un ejemplo básico de comportamiento de sólido a líquido, pero creo que servirá como punto de partida para que los investigadores logren un progreso significativo en la definición de los fenómenos fluidos más complejos de límite de fluencia ".