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Si de repente usted se encuentra salpicado y preguntándose "¿por qué?", no se preocupe, está en buena compañía. Los físicos teóricos también están confundidos. Arriba: La repentina efusión de salsa ketchup de una botella caracteriza una importante y desconcertante propiedad de muchos líquidos: la dilución por corte. Crédito: MacKingShow.com. El ketchup es uno entre muchos fluidos complejos -- lista que incluye a la crema batida, la sangre, las emulsiones para fotografía, el esmalte de uñas y algunos plásticos -- que comparten una propiedad llamada "dilución por corte" (shear thinning, en inglés). Normalmente espesos como la miel, pueden volverse delgados y fluir como el agua cuando son agitados o sacudidos.
El fenómeno es bastante común, sin embargo los científicos no están seguros de porqué sucede. Dice el investigador Robert Berg del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (National Institute of Standards and Technology), "los detalles dependen de las interacciones a nivel molecular [en el fluido], y esto todavía no lo entendemos muy bien". Las teorías actuales no pueden predecir el espesor (o "viscosidad") de muchos fluidos. Es un problema que confunde a físicos y fabricantes por igual. Supongamos, por ejemplo, que un fabricante de plásticos necesita saber cómo podría una nueva "plasta" polimérica fluir por un tubo. La única manera de averiguarlo podría ser intentándolo -- un proceso tedioso y arruinador de innovaciones. Lo que ellos realmente necesitan es una teoría que funcione, una manera de anticipar cambios en la viscosidad, "antes de que el ketchup fluya de un solo golpe, de la botella". Abajo:Cuando un fluido está siendo cortado, como en el diagrama de la derecha, algunas de sus partes se están moviendo más rápido que otras. Imagen cortesía de NASA y NIST.
El CVX-2 está diseñado para estudiar la dilución por corte en el xenón, una substancia que se usa en lámparas y en las turbinas iónicas para cohetes. El xenón es químicamente inerte, es decir que sus moléculas están constituidas por un solo átomo -- es lo más cercano que tenemos a las bolas de billar voladoras de un líquido o gas idealizado. A diferencia del ketchup, el cual contiene muchos ingredientes, que varían desde iones microscópicos de sal disuelta hasta pedacitos visibles de puré de tomate, el xenón debería de ser relativamente fácil de estudiar y entender. Los líquidos simples como el xenón usualmente no experimentan dilución por corte. Son espesos o delgados, y permanecen en este estado. Pero esto cambia cerca del "punto crítico" -- una combinación especial de temperatura y presión donde los fluidos pueden existir simultáneamente como líquido y gas. En su punto crítico, los fluidos simples deberían ser capaces de "diluirse al ser cortados" tal como lo hace el ketchup.
Gregory Zimmerli, un científico del Centro de Investigaciones Glenn (Glenn Research Center) de la NASA, explica que "los fluidos en su punto crítico parecen una niebla borrosa -- una ráfaga de pequeñas regiones constantemente fluctuando entre densidades tipo gas y tipo líquido. La teoría predice que esta estructura de grano fino podría hacer que un fluido simple pudiese diluirse al aplicársele un esfuerzo de corte, tal como lo hacen los fluidos complejos". (Zimmerli es el científico de proyecto para el experimento CVX-2). Cuando el CVX-2 entre en órbita, los investigadores simplemente ajustarán la presión y la temperatura de una muestra de xenón dentro de la cámara de pruebas, hasta que alcancen el punto crítico. Una pequeña paleta vibrante agitará entonces al xenón y, si todo sale como está planeado, hará que se diluya. Abajo: El parche de "malla" suspendido entre los electrodos, es la paleta que agitará la muestra de xenón del CVX-2.
Los investigadores probarán la física de la dilución por corte variando la temperatura del xenón y la cantidad de agitación que recibe. La misma paleta que agita la muestra también medirá su viscosidad, tal como usted estimaría el espesor de la miel, tratando de mover una cuchara a través de ella. Al menos eso es lo que los científicos esperan que suceda. Hasta la fecha, el comportamiento tipo "ketchup" de los fluidos puros en su punto crítico, sólo existe en el campo teórico. Aun las simulaciones realizadas usando supercomputadoras no pueden comprobar la teoría. "Especialmente cerca del punto crítico no hay computadoras que puedan simular el comportamiento del fluido", hace notar Berg. "Las cadenas de interacciones entre las moléculas son tan largas que las computadoras simplemente no son lo suficientemente poderosas como para hacerlo" Considérelo la próxima vez que golpee el fondo de una botella de ketchup. Ni aún las supercomputadoras podrían predecir el resultado. |
Junio 7, 2002: En alguna ocasión, todos hemos caído
en la trampa de la botella de ketchup.
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