La ciencia a menudo desafía al sentido común en el nivel más fundamental. Ahora, un nuevo hallazgo podría ser el mayor de los sinsentidos: los líquidos se rompen.
Un trabajo reciente en Physical Review Letters titulado “Inesperada fractura como de sólidos en líquidos simples” informa que se observó justamente eso: cuando se estiran los líquidos con fuerza suficiente, el material que se supone fluido se fractura como lo hace un objeto sólido. Los hallazgos sugieren que la viscosidad, o la resistencia de un líquido para fluir, puede tener un rol mayor al que se cree en las propiedades mecánicas de los líquidos. Más aún, la conducta probablemente se aplica a líquidos muy comunes como el agua o el aceite, lo que hace que surjan nuevas consideraciones para la manipulación de los líquidos en diversas aplicaciones.
“Lo que observamos fue tan inesperado que tuvimos que repetir los experimentos varias veces para asegurarnos de que sucedía de veras”, declaró Niclás Álvarez, coautor del estudio e ingeniero de la Universidad Drexel. «Esto cambia fundamentalmente lo que sabemos de la dinámica de los fluidos”.
No era el equipamiento
La forma en que se describen las fracturas hace referencia al equilibrio entre la energía de superficie y la liberación de energía elástica, que da como resultado una nueva interfaz. Es decir que las fracturas aparecen cuando la energía que libera un material excede a la energía requerida para crear una nueva superficie. Es una característica que “define a los sólidos”, pero no a los líquidos, que “ceden y fluyen más que deformarse elásticamente al ser sometidos al estrés”, según el trabajo.
Los investigadores estaban estudiando esta conducta de ceder y fluir en mezclas de hidrocarburos similares al alquitrán. Lo que esperaban ver era algo así como “la conducta de adelgazamiento que conoce cualquiera que toma un poco de miel y deja que vaya cayendo en una taza de té”, según las declaraciones. Pero entonces oyeron el ruido.
“La fractura produjo un ruido muy fuerte que me sobresaltó”, dijo Thamires Lima, autor principal del estudio e ingeniero en Drexel. “Al principio pensé que se había roto la máquina, pero me di cuenta de que el ruido provenía del fluido estirado”.
Se agrietan las grietas
Según Lima, el ruido hizo que el equipo cambiara “hacia un objetivo científico distinto”. Al verificar que el ruido no provenía de una falla en el equipamiento, los investigadores diseñaron experimentos para verificar una conducta similar en líquidos con la misma viscosidad que los hidrocarburos. Una cámara de alta velocidad registró cada una de las sesiones, y les brindó una mirada detallada de cómo sucedieron las cosas.
Lo fascinante es que los líquidos demostraban seguir un patrón de estiramiento consistente hasta llegar a un punto de “estrés crítico” en el que simplemente se rompían a la mitad. El umbral se midió hasta los 2 megapascales, que equivale a la “tensión que experimentarías si empujaras una bolsa de lavandería conteniendo 10 ladrillos para que caiga por una cornisa y el hilo para cerrar la bolsa te apretara la uña del dedo”, explicaron.
El patrón persistía incluso si la temperatura cambiaba según los ajustes de viscosidad, informó el equipo. La fractura del líquido siguió siendo proporcional a los 2 megapascales hasta que la viscosidad de cada muestra se redujo lo suficiente como para que el equipamiento, que tiene limitada capacidad de estiramiento, ya no pudo estirarlo más.
Punto de quiebre de un líquido
Los hallazgos contradicen el consenso de que la fractura es una propiedad de la elasticidad o capacidad del material para soportar el estrés. Hasta ahora los científicos creían que la elasticidad se aplicaba más o menos solamente a los sólidos, o a los líquidos enfriados al punto de volverse como sólidos. Pero el nuevo estudio demuestra que los líquidos simples con suficiente viscosidad son “suficientes como para promover la conducta de fractura como la de un sólido”, dijo Lima.
Los investigadores planean identificar los mecanismos físicos precisos que hay tras su inesperado descubrimiento. Una hipótesis es la cavitación, que hace referencia a la rápida formación y colapso de ondas de choque de burbujas de vapor dentro de los líquidos.
Lo más importante es que el equipo cree que el mecanismo es general al punto de que puede aplicarse a otros líquidos simples. Y si es así, estarían surgiendo nuevos datos para la manipulación de líquidos por parte de la ingeniería «en toda clase de cosas, desde la hidráulica a las impresoras 3D y los vasos sanguíneos”, afirmaron los investigadores.
Este artículo ha sido traducido de Gizmodo US por Lucas Handley. Aquí podrás encontrar la versión original.
