Medición de bricolaje. Un estudiante tomó una sola foto (izquierda) de una suspensión de carbopol en agua recogida con una espátula pequeña. La física de esta sustancia de gel fluido, similar al gel para el cabello, se modeló matemáticamente para estimar el límite elástico. Crédito:M. Tanver Hossain y Randy H. Ewoldt
Aunque la pandemia de COVID-19 causó muchas interrupciones en el sistema educativo, también generó algunos beneficios sorprendentes.
En Física de los Fluidos , científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign describen su trabajo con estudiantes en un estudio casero del comportamiento de fluidos complejos. El curso cubre un tipo de física conocida como reología, que se utiliza para estudiar la forma en que fluyen los líquidos no newtonianos o las sustancias semisólidas.
Los fluidos newtonianos tienen una viscosidad constante, pero los fluidos no newtonianos pueden deformarse cuando se les aplica fuerza. A veces, responden con flujo plástico. Se pueden realizar mediciones reométricas simples en el hogar de cualquier persona para medir cantidades como la viscoelasticidad, la dilución por cizallamiento y otras propiedades reológicas.
"Inicialmente llamamos al proyecto Refugio en el lugar Reometría debido a la naturaleza aguda de la pandemia de COVID-19 y las reglas de refugio en el lugar", dijo Randy Ewoldt, el profesor involucrado en el desarrollo del curso. "Pero nos dimos cuenta de que la idea es más general y desde entonces hemos empezado a llamarla reometría de bricolaje".
Los proyectos asignados a los estudiantes tenían dos partes:recopilar evidencia visual cualitativa de las propiedades reológicas y tomar medidas cuantitativas. Los estudiantes comprobaron cuatro comportamientos:viscosidad de adelgazamiento por cizallamiento, viscoelasticidad, diferencia de tensión normal por cizallamiento y viscosidad extensional.
Incluso sin acceso a reómetros de laboratorio, los estudiantes desarrollaron formas creativas y únicas para realizar sus mediciones. Estudiaron una variedad de sustancias comunes, incluido el glaseado de crema de mantequilla, pasta de dientes, yogur, mantequilla de maní, mayonesa, claras de huevo y muchas otras sustancias disponibles en sus hogares.
Un estudiante, Ignasius Anugraha, desarrolló un análisis de flujo de compresión para estudiar el glaseado de crema de mantequilla. Anugraha colocó el glaseado entre dos discos de cartón y lo sometió a una fuerza apilando moldes llenos de agua encima de los discos.
El glaseado pudo soportar el peso del agua hasta que se alcanzó un valor crítico, momento en el cual el glaseado se derrumbó por un lado y se escurrió. Usando ecuaciones que involucran el peso del agua, Anugraha pudo medir una cantidad conocida como límite elástico.
Otro estudiante, Max Friestad, ideó un experimento para estudiar un comportamiento conocido como estiramiento de filamentos impulsado por la gravedad. Friestad suspendió verticalmente un tubo de pasta de dientes y lo apretó suavemente, expulsando una cucharada de pasta de dientes que se extendió lentamente, estirándose hacia abajo. Usando un teléfono celular con una cámara de alta velocidad de fotogramas, Friestad pudo tomar medidas y calcular la viscosidad extensional.
El curso fue tan exitoso que la facultad continúa ofreciéndolo, tanto en persona como en línea.
"Actualmente estamos trabajando en una revisión de métodos que creemos que serán útiles no solo para los cursos y la instrucción, sino también para la investigación y la comunicación técnica", dijo M. Tanver Hossain.
El artículo "Reometría hágalo usted mismo" está escrito por M. Tanver Hossain y Randy H. Ewoldt. El artículo aparecerá en Física de los Fluidos el 10 de mayo de 2022. + Explora más
