Se trata de un nuevo modelo teórico que podría ayudar a desarrollar nuevos materiales sintéticos e informar y predecir los desafíos ambientales y de ingeniería civil, como deslizamientos de tierra, roturas de presas y avalanchas.
Una nueva expresión matemática unificada define cómo los materiales blandos pero rígidos pasan de un flujo sólido a un líquido cuando superan su umbral de estrés específico.
El estudio, dirigido por Simon Rogers, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, se publica en la revista Physical Review Letters.
«El comportamiento de los fluidos de límite elástico se ha definido tradicionalmente tratando de combinar la física de dos tipos diferentes de materiales: sólidos y líquidos», dijo el autor principal Krutarth Kamani, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular en Illinois. «Pero ahora, hemos demostrado que estos estados físicos, sólidos y líquidos, pueden existir juntos en el mismo material, y podemos explicarlo usando una expresión matemática».
Para desarrollar este modelo, el equipo realizó numerosos estudios que sometieron a una variedad de diferentes materiales blandos a tensión mientras medían las respuestas de deformación individuales de tipo sólido y líquido utilizando un dispositivo llamado reómetro.
«Pudimos observar el comportamiento de un material y ver una transición continua entre los estados sólido y líquido», dijo Rogers. «Los modelos tradicionales todos describen un cambio abrupto en el comportamiento de sólido a líquido, pero pudimos resolver dos comportamientos distintos que reflejan la disipación de energía a través de mecanismos sólidos y fluidos».
El estudio informa que este desarrollo brinda a los investigadores un modelo simple con el que trabajar, lo que facilita la realización de cálculos a gran escala como los necesarios para modelar y predecir eventos catastróficos como deslizamientos de tierra y avalanchas.
«Los modelos existentes son computacionalmente costosos y los investigadores deben luchar con los números para que los cálculos sean lo más precisos posible», dijo Rogers. «Nuestro modelo es simple y más preciso, y lo hemos demostrado a través de muchos experimentos de prueba de concepto».
Los investigadores dijeron que los estudios complejos de rendimiento y estrés de los fluidos son un tema candente para quienes investigan los flujos geofísicos, la remediación de desechos y los procesos industriales como el desarrollo de nuevos materiales, la impresión 3D y la minimización de los costos de transporte de desechos.
«Nuestro modelo define un ejemplo básico de comportamiento de sólido a líquido, pero creo que servirá como punto de partida para que los investigadores logren un progreso significativo en la definición de los fenómenos fluidos más complejos de límite elástico», añadió en un comunicado.
