Introducción
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[1].
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 pensadora[2] 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.
La ingeniería ha creado fluidos no newtonianos de propiedades extraordinarias. Un ejemplo es el D3O, que es un polímero formulado para la protección contra impactos gracias a sus propiedades de fluido no newtoniano. Por ser fluido se puede amoldar a otros cuerpos; por ser no newtoniano, dispersa muy bien la energía de los choques porque su viscosidad se modifica cuando se le aplica una tensión cortante. Esto se debe a que el impacto puede aglutinar sus moléculas. Químicamente es un compuesto de espuma de poliuretano y poliborodimetilsiloxano, que es el que da las propiedades no newtonianas al material. También puede contener varios adictivos. No se han demostrado efectos de toxicidad del D3O, cuya densidad, por otra parte, es bastante baja. Se emplea en trajes deportivos (por ejemplo, para esquiadores) y chalecos antibala[3].
Pero se pueden hacer experimentos con otros fluidos newtonianos más al alcance de cualquiera. Por ejemplo, cabe destacar por su evidente comportamiento no newtoniano una suspensión de almidón en agua, que se endurece extraordinariamente cuando se la somete a presión.
Experimento
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 un clavo sumergido en la masa, el clavo 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.
Seguridad
Es un experimento seguro.
Utilidad didáctica
Este experimento sirve para ilustrar conceptos de física, tecnología y química como:
- Fluidos no newtonianos
- Viscosidad
- Ondas
- Polímeros
- Propiedades reológicas de productos domésticos
- Poliborodimetilsiloxano
[1] Experimentos con un fluido no newtoniano casero – TRIPLENLACE
[2] Cómo hacer en casa el “flúber” del “profesor chiflado” – Química insólita (wordpress.com)
[3] Poliborodimetilsiloxano, un fluido no newtoniano para resistir impactos en la práctica deportiva – TRIPLENLACE
Este experimento pertenece al libro:
José M.ª Gavira Vallejo: Experimentos de Ciencia de Materiales. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/ecm/ .
