Justo cuando crees que tienes control sobre cómo funciona el Universo, la física te sorprende una vez más. Los investigadores han descubierto que los líquidos simples pueden tener puntos de ruptura, más allá de los cuales se fracturan repentinamente como sólidos.
El hallazgo es significativo para la mecánica de fluidos. Si los líquidos pueden romperse, además de estirarse y fluir, tiene implicaciones en todo, desde la tecnología de impresión 3D hasta los sistemas biológicos dentro de nuestros cuerpos.
El descubrimiento sorprendente fue realizado por investigadores de la Universidad de Drexel en EE. UU. y ExxonMobil, que estaban realizando experimentos para ver cómo responden los líquidos viscosos a fuerzas fuertes. Inicialmente pensaron que el equipo de laboratorio se había roto.
«La fractura causó un ruido de trueno muy fuerte que en realidad me sorprendió,» dice la ingeniera química Thamires Lima, de la Universidad de Drexel.
El equipo dice que repitió los experimentos varias veces para asegurarse de que los resultados fueran confiables.
«Lo que observamos fue tan inesperado,» dice el ingeniero químico de la Universidad de Drexel, Nicolas Alvarez.
«Una vez que confirmamos el fenómeno, la investigación se convirtió en un esfuerzo científico completamente diferente.»
La configuración involucraba líquidos colocados entre dos placas de metal, observados por una cámara de alta velocidad, y con una variedad de fuerzas aplicadas. La primera fractura ocurrió cuando el líquido fue tirado con una fuerza comparable a la de una bolsa de ladrillos colgando de un área del tamaño de una uña.
Eso ocurrió en un líquido de mezcla de hidrocarburos similar al alquitrán, y se encontró posteriormente el mismo punto de ruptura en un líquido diferente, el oligómero de estireno. Esto, también, era grueso y similar al alquitrán, y los investigadores piensan que la viscosidad (cómo fluye un líquido) es importante.
La tensión se acumula de manera diferente en un líquido más espeso y viscoso en comparación con uno más delgado y menos viscoso. Basados en estos experimentos, los líquidos más espesos pueden agrietarse incluso cuando se tiran más lentamente, pero la cantidad de fuerza necesaria parece ser la misma, independientemente de la viscosidad involucrada.
Si bien se sabía que los líquidos podían agrietarse si se enfriaban lo suficiente o se mezclaban para lograr las propiedades adecuadas, este es un nuevo descubrimiento. Los investigadores creen que es probable que se aplique a más líquidos más allá de los probados.
«Nuestros hallazgos muestran que si se separa con suficiente fuerza por área, un simple líquido, un líquido que fluye, alcanzará lo que llamamos un punto de ‘tensión crítica’, cuando en realidad se fracturará como un sólido,» dice Lima.
«Y es probable que esto sea cierto para todos los líquidos simples, incluidos ejemplos comunes, como el agua y el aceite.»
Una de las próximas áreas a explorar será la mecánica de por qué está sucediendo esto. El equipo encontró que las grietas en el líquido se formaban muy rápidamente una vez que habían comenzado, a una velocidad de 500-1,500 metros por segundo.
La velocidad de la fractura es consistente con la cavitación, un fenómeno teorizado durante décadas. La hipótesis es que suficiente estrés en un líquido causará la formación de una pequeña burbuja de vacío en su interior, lo que luego ayuda a desgarrar el líquido.
Como han mostrado estos experimentos, el proceso ocurre tan rápido que será desafiante obtener una buena vista de él. Ahora que hay evidencia sólida de que esto está sucediendo, los científicos tienen más con qué trabajar.
Algo más para investigar a continuación es cómo podrían ocurrir estas fracturas en otros líquidos y fuera de ajustes de laboratorio muy precisos. La impresión por inyección de tinta y la robótica suave son dos aplicaciones del mundo real mencionadas por los investigadores donde estos hallazgos serán útiles.
Los líquidos continúan revelando propiedades ocultas y física interna a medida que los métodos científicos y los instrumentos de investigación mejoran, y es probable que aún haya mucho más por descubrir.
«Ahora que hemos informado este comportamiento inesperado, el trabajo de comprender completamente por qué sucede y cómo se manifiesta el comportamiento en otros líquidos es un paso importante,» dice Lima.
«También será interesante ver cómo este hallazgo puede aplicarse para ayudar en el hilado de fibras y otras aplicaciones que utilizan líquidos viscosos.»
La investigación ha sido publicada en «Physical Review Letters.»
