Experimentos con un fluido no newtoniano casero

Cuando hablamos de fluidos nos referimos a medios físicos que pueden cambiar de forma sin que surjan dentro de ellos fuerzas restitutivas que tiendan a recuperar la forma original. Eso es indicativo de que entre las partículas del medio las fuerzas de atracción son débiles o muy débiles. Los casos más evidentes son los de un gas o un líquido que fluye fácilmente como el agua. Otros, como la miel, lo hacen con más dificultad porque tienen más viscosidad, que es una medida de su resistencia a la deformación, o sea, a que puedan fluir.

Las sustancias fluyen por deslizamiento de unas capas sobre otras, deslizamiento que se hace más difícil cuanto más viscoso es el fluido. Si, por ejemplo, inclinamos un tarro de miel para verterla en un vaso, la fuerza de la gravedad ejerce un esfuerzo sobre este fluido, como consecuencia del cual cada capa se desliza sobre la que tiene debajo para ir cayendo.  

En muchos fluidos la relación entre el esfuerzo que se hace para deformarlo y la velocidad de deformación son directamente proporcionales. Es decir, si se hace un esfuerzo f que provoca que el fluido se deforme a una velocidad v, al doblar el esfuerzo (2f) la deformación se hará el doble de rápida. A estos fluidos se les llama newtonianos. Su viscosidad no depende del esfuerzo que se haga para deformarlos. Al contrario, es un valor que se mantiene aproximadamente constante (siempre que no varíe la temperatura). El agua o la gasolina son buenos ejemplos.

Pero hay otros fluidos que, al hacer un esfuerzo sobre ellos, o bien se endurecen o bien se ablandan. Es decir, su viscosidad sí cambia con el esfuerzo que se haga sobre ellos. La explicación última de este comportamiento está en su estructura microscópica. A estos fluidos se les llama no newtonianos.

Muchas disoluciones salinas o poliméricas, o bien polímeros fundidos, son fluidos no newtonianos. Y en la vida cotidiana encontramos bastantes, como los geles, el pegamento, las natillas, la pasta de dientes, la pintura, la sangre, el champú, la mantequilla semiderretida, el kétchup, la masilla tonta o las arenas movedizas. Las arenas movedizas se vuelven más duras si se presionan, por lo que la forma mejor de escapar de ellas es avanzar lentamente hacia tierra firme. En cambio, al kétchup le ocurre lo contrario: su viscosidad disminuye bajo deformación. Por eso, cuando se agita un frasco de kétchup el producto sale mejor.

Cabe destacar por su evidente comportamiento no newtoniano una suspensión de almidón en agua, que se endurece extraordinariamente cuando se la somete a presión.

Instituto de Tecnología de Massachusetts


Experimentos con una masa de maicena

Una muestra de fluido no newtoniano a base de almidón se prepara fácilmente. Basta tomar un cierto volumen de almidón y disolverlo en un volumen similar de agua. Como fuente de almidón es muy adecuada la harina fina de maíz (también llamada harina de fécula de maíz o maicena), pero también la de arroz, tapioca, patata… Se empieza añadiendo la mitad del agua sobre el almidón colocado en un reciente y, removiendo continuamente, se va agregando el resto del líquido. Se puede agregar más o menos de cada ingrediente hasta conseguir la consistencia deseada.

Hay muchas pruebas que se pueden hacer con la mezcla de almidón y agua. Estas son algunas:

  • Si se golpea el líquido con un dedo o con una cuchara no debería salpicar, sino que, al contrario, se endurecerá porque la deformación que se quiere hacer sobre él aumentará su viscosidad. No obstante, si la deformación se realiza lentamente, se endurecerá menos.
  • Si se forma una bola con una porción del material, la forma esférica se mantendrá siempre que se haga presión con las manos; cuando esta presión ceda, la bola perderá su rigidez y se desparramará como toda materia semilíquida.
  • Si se introduce una cuchara en un plato que contenga la masa, al levantar muy rápidamente la cuchara nos traeremos al plato detrás.
  • Si se tira rápidamente de una puntilla sumergida en la masa, la puntilla arrastrará una pequeña columna sólida del material, que se habrá endurecido por la rápida deformación.
  • Otro experimento es el de la imagen de cabecera. La masa de almidón de maíz y agua se endurece por la presión que recibe de las ondas sonoras de unos altavoces.  

Este comportamiento tiene la siguiente explicación. Las partículas de almidón suspendidas en el agua tienen aproximadamente entre 1 y 10 micrómetros de tamaño. Entre las partículas existe una película de agua que actúa como lubricante. Si se hace una ligera presión, las partículas se deslizan unas sobre otras manteniendo la capa de líquido entre ellas. La mezcla fluirá bastante bien. Pero si se hace demasiada presión, las partículas se tocarán, habrá fricción entre ellas y la masa se volverá mucho más viscosa. Cuanto más rápidamente y con más fuerza se quiera deformar la masa, más fricción se producirá entre sus partículas.

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