Reología para niños
La reología es una rama de la física que estudia cómo se deforman y fluyen los materiales, tanto los sólidos como los líquidos. Imagina que es la ciencia que nos ayuda a entender por qué la miel se mueve lentamente, el agua rápido, o por qué la plastilina cambia de forma cuando la aprietas.
El nombre "reología" fue creado en 1920 por Eugene C. Bingham, un profesor. La palabra viene de una idea antigua que dice "todo fluye", y se usó para describir cómo se mueven los líquidos y cómo se deforman los sólidos. Esta ciencia es muy útil para entender materiales con estructuras complejas, como el lodo, la pintura, los plásticos, algunos alimentos (como el kétchup) y fluidos del cuerpo (como la sangre).
Contenido
¿Para qué sirve la Reología?
La reología nos ayuda a entender el comportamiento de materiales que no siempre se comportan como el agua. Por ejemplo, el kétchup se vuelve más líquido si lo agitas, pero el agua no. Esto es porque el kétchup es un material que se "adelgaza" al agitarlo. Otros ejemplos son el yogur y algunas pinturas. A este comportamiento se le llama tixotropía.
Pero hay materiales que hacen lo contrario: se vuelven más espesos cuando los agitas. A esto se le llama reopexia. Un ejemplo es la mezcla de maicena con agua.
Midiendo el comportamiento de los materiales: Reometría
Para estudiar cómo se comportan los materiales, los científicos usan una técnica llamada reometría. Con ella, pueden medir cómo un material se deforma o fluye cuando se le aplica una fuerza. Esto les ayuda a crear ecuaciones que describen el comportamiento de cada material.
Algunas propiedades importantes que se miden son:
- La viscosidad aparente: qué tan "espeso" o "líquido" parece un material cuando se le aplica una fuerza.
- La viscosidad compleja: cómo responde un material a fuerzas que cambian rápidamente.
- El módulo de almacenamiento y el módulo de pérdidas: que nos dicen si un material se comporta más como un elástico o como un líquido.
Conceptos clave en Reología
La reología estudia la relación entre el esfuerzo (la fuerza aplicada sobre un área) y la deformación (el cambio de forma) en los materiales que pueden fluir.
Un sólido ideal, como una goma elástica, se deforma y luego vuelve a su forma original cuando dejas de aplicar la fuerza. La energía que usaste para deformarlo se recupera. Un líquido ideal, como el agua, fluye y no recupera su forma; la energía se pierde en forma de calor.
Pero la mayoría de los materiales no son ideales. Muchos líquidos se comportan como una mezcla de sólido y líquido, son viscoelásticos. Esto significa que son elásticos (pueden estirarse y volver) y viscosos (pueden fluir). Los sólidos también pueden deformarse de forma permanente si la fuerza es muy grande.
Sólidos vs. Líquidos: Una cuestión de tiempo
Para entender si un material se comporta como sólido o líquido, es importante considerar el tiempo durante el cual se aplica la fuerza. Para esto, se usa un número especial llamado Número de Deborah.
- Si el Número de Deborah es grande, el material se comporta más como un sólido.
- Si el Número de Deborah es pequeño, el material se comporta más como un líquido.
Un ejemplo famoso son los vitrales de la catedral de Chartres en Francia. Hace 600 años, cuando se hicieron, tenían un grosor uniforme. Pero con el tiempo, el vidrio ha fluido muy lentamente debido a la gravedad, y ahora es más grueso en la parte de abajo. Como el tiempo de observación es muy largo, el Número de Deborah es pequeño, y el vidrio se comporta como un líquido.
Esto nos enseña que un material no es solo "líquido" o "sólido", sino que su comportamiento depende de las condiciones y del tiempo.
Números importantes en Reología
El Número de Deborah: ¿Sólido o Líquido?
El Número de Deborah nos ayuda a entender si un material se comporta más como un líquido que fluye o como un sólido elástico. Se calcula dividiendo el tiempo que tarda un material en "relajarse" (volver a su estado original) entre el tiempo que dura el experimento o la observación.
- Si el número es pequeño, el material tiene tiempo de relajarse y se comporta como un líquido.
- Si el número es grande, el material no tiene tiempo de relajarse y se comporta como un sólido elástico.
El Número de Reynolds: ¿Flujo suave o turbulento?
En el estudio de los fluidos, el Número de Reynolds nos dice si un flujo será suave (laminar) o caótico (turbulento). Compara las fuerzas de movimiento del fluido con las fuerzas de fricción interna (viscosidad).
- Si el Número de Reynolds es bajo, el flujo es suave y ordenado (laminar).
- Si el Número de Reynolds es alto, el flujo es caótico y desordenado (turbulento).
Como la viscosidad de los materiales que estudia la reología puede cambiar, calcular el Número de Reynolds puede ser un poco más complejo.
Galería de imágenes
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Relación entre esfuerzo y deformación en un sólido. Cuando aplicamos una fuerza a un material, primero se estira como un elástico (deformación elástica), luego cambia de forma de manera permanente (deformación plástica), y finalmente puede romperse.
Véase también
En inglés: Rheology Facts for Kids
