La sorprendente ciencia del protector solar, la arena y el helado

crema solar

Los fluidos no newtonianos se encuentran en todo tipo de sustancias útiles

¡Ahh, verano en la playa! El sol en la cara, arena entre los dedos de los pies, un helado en la mano.

Para los científicos, jóvenes y mayores, un viaje a la playa es también una oportunidad perfecta para explorar las propiedades peculiares de algunos fascinantes fluidos.

Superando cualquier dificultad

Coge un protector solar. Cuando exprimes el protector solar del frasco por primera vez, se esparce fácilmente sobre su piel, proporcionando una capa protectora uniforme contra los rayos del sol. Pero una vez en la piel, el protector solar adquiere una consistencia más espesa, tiene mayor viscosidad, evitando que gotee.

La viscosidad es la capacidad de un fluido para mantener su forma cuando se aplica una fuerza. El protector solar es lo que se llama un fluido que se diluye o diluyente, lo que significa que frotarlo hace que su viscosidad disminuya para que fluya más libremente.

Este efecto ocurre típicamente en fluidos que contienen moléculas en forma de cadena llamadas polímeros. En reposo, los polímeros se enredan en un patrón irregular; pero cuando se los empuja, se reorganizan en capas que se deslizan entre sí más fácilmente.

Los fluidos diluyentes por cizallamiento son bastante comunes. El ketchup es un ejemplo clásico: tiene alta viscosidad en reposo, lo que hace que se pegue a los lados de la botella hasta que se agita para que su viscosidad disminuya y salga por la boquilla. Cuando la salsa de tomate cae en tu plato, su viscosidad aumenta nuevamente, por lo que forma una cucharada satisfactoria. (Si esto te está comenzando a hacer agua la boca, te interesará saber que la saliva también es un líquido diluyente).

Huellas en la arena

huellas en la arena

Lo opuesto a un fluido adelgazador por cizallamiento (shear-thinning fluid en inglés) es un fluido espesante o dilatante por cizallamiento (shear-thickening fluid en inglés), un material cuya viscosidad aumenta con la fuerza aplicada.

Un ejemplo familiar es la arena muy húmeda: si coges un puñado, fluirá entre tus dedos como una natilla granulada. Sin embargo, cuando la aprietas, la arena se vuelve firme y, de forma contraria a la intuición, parece seca. Este comportamiento, llamado efecto de arena húmeda, se produce porque la fuerza de compresión de la mano separa pequeños granos de arena, creando un espacio que permite que el agua se escurra de la superficie.

El mismo efecto te permite correr sobre arena húmeda, produciendo parches firmes y secos donde aterrizan tus pies. Pero si te quedas quieto y mueves suavemente los dedos de los pies, la arena húmeda vuelve a un estado líquido, lo que permite que tus pies se hundan y sorban agradablemente cuando los sacas.

Newton en la playa

Los fluidos más simples, como el agua, tienen una viscosidad más o menos constante. Estos se denominan fluidos newtonianos, en honor a Isaac Newton, quien escribió por primera vez la ley matemática para describirlos en su famoso libro Principia de 1687.

Para comprender la viscosidad, imagina beber agua con una pajita. Cuando succionas, creas una presión más baja en la parte superior de la pajilla que en la parte inferior, lo que lleva el agua hacia arriba. El fluido cerca de las paredes de la pajita experimenta fricción, por lo que fluye más lentamente que el fluido cerca del centro. Newton razonó que el fluido se separa en delgadas capas que se deslizan unas sobre otras con una velocidad relativa que depende de la fuerza aplicada.

La viscosidad mide la cantidad de fricción entre estas diferentes capas. Cuanto mayor sea la viscosidad (piensa en un batido), más fuerza se debe aplicar para succionar el líquido por la pajilla.

La ley de la viscosidad de Newton, como se la conoce, es un ideal matemático. Ningún líquido real se comporta exactamente de esta manera, pero los líquidos comunes como el agua, el alcohol y el aceite vegetal se acercan bastante.

Por el contrario, los fluidos no newtonianos, incluidos los fluidos adelgazantes y espesantes por cizallamiento, no obedecen la ley de viscosidad de Newton: su viscosidad cambia dependiendo de cuánta fuerza se les aplique.

La novedad del helado

helado

Hora de un helado. El helado es una mezcla congelada de nata, leche, azúcar y aromas, pero es el comportamiento único de la nata el responsable de la alegría goteante de un helado realmente bueno.

La crema es algo peculiar. Es la porción de leche enriquecida en grasa, separada de su base acuosa.

La emulsión resultante de glóbulos de grasa y una pequeña cantidad de líquido le da a la crema su sedosidad. Cuando se bate la nata, la fuerza aplicada rompe las membranas de los glóbulos de grasa, que se juntan alrededor del aire atrapado, produciendo una suspensión de burbujas y nata: nata montada.

La crema batida es un tipo de líquido no newtoniano llamado plástico Bingham: en reposo, es semisólido, formando picos rígidos que son perfectos para colocar sobre fresas o bollos. Pero con suficiente fuerza, puede fluir como un líquido: a través de la boquilla de una lata de crema batida instantánea, por ejemplo.

Como sabe cualquiera que haya hecho crema batida a mano, el ingrediente clave es el tiempo. La transformación de líquido a semisólido se produce aplicando fuerza durante un período de tiempo.

Las burbujas de aire atrapadas en la crema le dan al helado su suavidad como almohada. De hecho, el aire puede constituir hasta el 50% del volumen total del helado, lo que explica por qué es menos denso que el agua y por qué puede utilizarse para hacer que un helado flote.

Fluidos fantásticos

Los fluidos no newtonianos se encuentran en todo tipo de sustancias útiles, desde biocombustibles hasta armaduras corporales y plasma sanguíneo, y todavía hay mucho por descubrir sobre ellos. Como dijo Isaac Newton: "Para mí, me parece haber sido sólo como un niño que juega en la orilla del mar, y me entretengo de vez en cuando para encontrar un guijarro más liso o una concha más bonita que lo ordinario, mientras que el gran océano de la verdad yacía sin descubrir ante mí ".

¿Qué mejor manera de pasar un día de verano?

Etiquetas: Crema solarArenaHelado

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