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Demostración de propiedades de fluidos no newtonianos en el museo Universum en la Ciudad de México

Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la temperatura y la tensión cortante que se le aplica. Como resultado, un fluido no newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido newtoniano.^[1]

Definición

Aunque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracterizar un material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no newtonianos. Estos fluidos se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas, propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones de esfuerzo cortante.

Características

Las principales características de este tipo de fluidos (que hacen que sean unos materiales tan interesantes) son:

Cuando está en reposo se comporta como un fluido pero aumenta su viscosidad cuando se le somete a fuerzas de estrés. Dicho de otra forma: cuando se golpea un fluido no newtoniano, la fuerza entrante hace que los átomos del mismo se reorganicen y aumenten su viscosidad. Puede llegar a comportarse, temporalmente, como un sólido. Es decir, si introducimos (o extraemos) un objeto lentamente en un fluido no newtoniano podremos atravesarlo sin dificultad pero si el objeto intenta entrar en el fluido (o salir de él) con una velocidad relativamente alta, el fluido se comportará como un sólido. A mayor fuerza aplicada mayor viscosidad. Este efecto suele durar sólo mientras la fuerza es aplicada.

Elaboración

Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse fácilmente añadiendo maicena en una taza con agua. Se añade la maicena en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las propiedades de este fluido no newtoniano se hacen evidentes. La aplicación de una fuerza con la cucharilla hace que el fluido se comporte de forma más parecida a un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento como líquido. Algunas sustancias tienen fluidos no newtonianos. Entre ellos se incluye:^[2]

Disoluciones jabonosa y pasta de dientes.
Comida, como mantequilla, queso, mermelada, ketchup, mayonesa, sopa, caramelo masticable y yogur.
Sustancias naturales como el magma, la lava y extractos como el de vainilla.
Fluidos biológicos como la sangre, la saliva, la mucosa y el líquido sinovial.
Lodo y cemento, tipos de emulsiones.

Oobleck

En el caso de la maicena en una taza de agua se le llama "oobleck", "ooze" o "barro mágico" (1 parte de agua por cada 1'5–2 de maicena).^[4]^[5]^[6] La harina de maíz no cocida tiene las mismas propiedades. El nombre "oobleck" deriva del libro Bartholomew and the Oobleck de Dr. Seuss.^[4]

Debido a sus propiedades, el oobleck se suele utilizar para mostrar sus comportamientos inusuales ante las fuerzas de agentes externos. Una persona puede caminar sobre oobleck sin sumergirse debido a su espesor.

Flubber

El flubber es un fluido no newtoniano fácil de fabricar. Su comportamiento es viscoso o gelatinoso.^[7]

Caramelo helado

Otro ejemplo es el helado de vainilla (siempre que contenga hidrocoloides como carragenano y goma gellan). La aplicación repentina de fuerza (metiendo un dedo, por ejemplo, o volcando rápidamente el recipiente) hace que el líquido se comporte como un material sólido. Esto es un comportamiento de endurecimiento por cizalladura, propio de los fluidos no newtonianos. Otras acciones más suaves, como introducir lentamente una cuchara, harán que el material responda como un estado líquido. Sin embargo, remover la cuchara en el interior hará que vuelve a comportarse temporalmente como un material sólido.^[8]

Silly Putty

Artículo principal: Silly Putty

Silly Putty es un polímero de silicona basado en suspensión que fluye o se rompe dependiendo de su estado.

Brea o resina de planta

Artículo principal: Brea

La resina de planta es polímero viscoso sólido. Al dejarlo en un recipiente fluirá lentamente. Si se comprime con fuerza, se convierte en sólido.

Kétchup

El kétchup es un líquido con características de adelgazamiento por cizalladura. El adelgazamiento por cizalladura significa que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el esfuerzo cortante. En otras palabras, el movimiento del fluido es inicialmente difícil a velocidades lentas de deformación, pero fluirá más libremente a velocidades altas.

Usos

Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto de la bala, a alta velocidad; pero permaneciendo flexibles si el impacto se produce a baja velocidad.

Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura. Se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no gotee.

Tipos de fluidos no newtonianos

Dentro de los principales tipos de fluidos no newtonianos se incluyen los siguientes:

Tipo de fluido	Comportamiento	Características	Ejemplos
Plásticos	Plástico perfecto	La aplicación de una deformación no conlleva un esfuerzo de resistencia en sentido contrario	Metales dúctiles una vez superado el límite elástico
	Plástico de Bingham	Relación lineal, o no lineal en algunos casos, entre el esfuerzo cortante y el gradiente de deformación una vez se ha superado un determinado valor del esfuerzo cortante	Barro, algunos coloides
	Pseudoplástico	Fluidos que se comportan como seudoplásticos a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
	Dilatante	Fluidos que se comportan como dilatantes a partir de un determinado valor del esfuerzo cortante
Fluidos que siguen la ley de potencias	Seudoplástico	La viscosidad aparente se reduce con el gradiente del esfuerzo cortante	Algunos coloides, arcilla, leche, gelatina, sangre.
Fluidos que siguen la ley de potencias	Dilatante	La viscosidad aparente se incrementa con el gradiente del esfuerzo cortante	Soluciones concentradas de azúcar en agua, suspensiones de almidón de maíz o de arroz.
Fluidos viscoelásticos	Material de Maxwell	Combinación lineal en serie de efectos elásticos y viscosos	Metales, materiales compuestos
	Fluido Oldroyd-B	Combinación lineal de comportamiento como fluido newtoniano y como material de Maxwell	Betún, masa panadera, nailon, plastilina
	Material de Kelvin	Combinación lineal en paralelo de efectos elásticos y viscosos
	Plástico	Estos materiales siempre vuelven a un estado de reposo predefinido
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo	Reopéctico	La viscosidad aparente se incrementa con la duración del esfuerzo aplicado	Algunos lubricantes
Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo	Tixotrópico	La viscosidad aparente decrece con la duración de esfuerzo aplicado	Algunas variedades de mieles, kétchup, algunas pinturas antigoteo.

Véase también

Referencias

↑ «Fluidos no newtonianos» (PDF). La Plata: Universidad Nacional de La Plata - Facultad de Ingeniería. Archivado desde el original el 22 de diciembre de 2015. Consultado el 26 de diciembre de 2013.
↑ Chhabra, R. P. (2006). Bubbles, Drops, and Particles In Non-Newtonian Fluids (2nd edición). Hoboken: Taylor & Francis Ltd. pp. 9-10. ISBN 1420015389.
↑ Esta demostración del oobleck es popular en los vídeos de YouTube, como esto.
↑ ^a ^b Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment
↑ «Outrageous Ooze». Exploratorium.
↑ Rupp, Rebecca. «Magic Mud and Other Great Experiments». The Complete Home Learning Source Book. pp. 235-236.
↑ Glurch Meets Oobleck Archivado el 6 de julio de 2010 en Wayback Machine.. Iowa State University Extension.
↑ Barra, Giuseppina (2004). The Rheology of Caramel (Ph.D.). University of Nottingham.