Experimento sobre el Fluido Newtoniano

Este experimento debería ser total y absolutamente seguro. De todas formas ocuparemos materiales frágiles, como el vidrio, lo que puede tener algunos riesgos menores en este experimento. Por ello, asegúrate de tener cuidado para no cortarte. Si te llegases a cortar, toma las medidas adecuadas para que no suceda nada más allá de una pequeña cortadita (pero no debería de suceder).

Objetivo:

Comprobaremos un fenómeno muy interesante sobre el mundo de los líquidos. Existen básicamente dos tipos de fluidos: los newtonianos y los no-newtonianos. Explicaremos en qué consisten las características de uno y otro y proporcionaremos ejemplos de ambos. Así mismo, este experimento está diseñado para conocer cómo funcionan estos dos tipos de fluidos y cómo se comportan en un sencillísimo experimento para niños (y los no tan niños).

Materiales:

• Tres fragmentos de vidrio suficientemente grandes: fragmentos de 5 cm es suficiente.
• Tres recipientes de plástico o de metal hondos (unos 15 cm debería bastar) que puedan contener un fragmento de vidrio sin mayor problema.
• Un martillo.
• Espectadores para adivinar qué va a suceder con los 3 fragmentos de vidrio.

Procedimiento:

Armar este experimento es realmente sencillo, no debería tomarnos más de 5 minutos. Lo primero que haremos será preparar los 3 recipientes con un líquido distinto cada uno. Aquí podemos usar realmente nuestra imaginación, pero aquí propondremos 3 líquidos (dos pueden intercambiarse, 1 no).

En el primer recipiente colocaremos el fragmento de vidrio y algún líquido, el más sencillo sería agua. Llenaremos con agua unos 10 cm y el fragmento quedará en el fondo. El fragmento debe ser lo suficientemente grande como para “encontrarlo” con el martillo cuando lo intentemos golpear, de lo contrario el líquido empujará al vidrio y no podremos alcanzarlo con el martillo. El agua es sustituible por algún otro líquido que se les ocurra.

En el segundo recipiente podemos colocar una gran variedad de líquidos, por ejemplo: agua con sal, aceite, yogurt, leche, etc. Supongamos que se seleccionó agua con sal y ese será nuestro líquido ejemplo número 2. Una vez más, colocaremos el fragmento de vidrio con las mismas especificaciones anteriores en el interior del recipiente y lo cubriremos con el líquido que seleccionamos.

Para el último recipiente conseguiremos un poco de almidón de maíz (o maicena) y comenzaremos a hacer una mezcla de la maicena con agua. Buscaremos una consistencia más o menos firme (que escurra de nuestras manos con algo de dificultad, pero que sí escurra). Una vez que tengamos lista nuestra mezcla colocaremos el fragmento de vidrio en el fondo y procederemos con el experimento.

La idea es precisamente golpear con el martillo el fragmento de vidrio dentro de los 3 recipientes. ¿Qué sucederá con los fragmentos? ¿Alguno sobrevivirá? ¿Cuál? Una vez que hayamos realizado el experimento procederemos a la siguiente parte para ver qué sucedió.

Lo que observaremos:

Con mucha seguridad lo que observaremos en los primeros dos recipientes (agua y agua con sal respectivamente) es que, si pudimos alcanzar el vidrio con el martillo, el vidrio se habrá hecho mil pedazos. Cuidado al momento de retirar el líquido para evitar cortarse.

En el tercer recipiente, si hicimos bien el experimento (la consistencia de la mezcla) observaremos que el fragmento de vidrio permaneció intacto. Incluso podremos haber observado que mientras más fuerte intentásemos golpear la mezcla más difícil era atravesar su superficie. La maicena parecía estar líquida, pero al golpearla ejercía una fuerza tal que no podíamos llegar al vidrio, ¿por qué?

Explicación:

En el caso del agua y el agua con sal se podría pensar que el agua con sal proporcionaría una mayor resistencia debido a su mayor densidad, pero el martillo fácilmente atraviesa ambos líquidos por lo que podíamos golpear el fragmento de vidrio. Ninguno de los dos líquidos podía ofrecer suficiente resistencia como para proteger al vidrio, así que seguramente estos se rompieron.

El agua y el agua con sal son ejemplos de líquidos o fluidos newtonianos. Un fluido newtoniano es aquel que, definido en su forma más simple, tiene la misma viscosidad a la misma temperatura independientemente de otros factores, es decir, es constante a cada temperatura o casi constante.

Por otro lado, la mezcla de agua y maicena es un ejemplo de lo que se conoce como un fluido no-newtoniano. Si los newtonianos son aquellos en los que la viscosidad permanece constante, los no-newtonianos son aquellos en los que no permanece constante.

En los fluidos no-newtonianos, cuando aplicamos un esfuerzo (una presión) sobre su superficie, la viscosidad aumenta muchísimo conforme mayor sea la presión. Es decir, entre más grande sea la presión, más grande será la viscosidad que impedirá que el líquido se deforme en su superficie (que en este caso sería la tensión superficial).

Aunque la tensión superficial del agua aumenta bastante a velocidades muy grandes, no es un fluido no-newtoniano porque puede fácilmente ser superada a menos que se trate de velocidades enormes. Por ejemplo, un clavadista que se va a sumergir en el agua desde una altura de 30 metros desarrolla una velocidad considerable. Si el clavadista cae mal, podría romperse algún hueso con mucha facilidad ya que el agua ejercería una presión a través de la tensión superficial bastante grande. Sin embargo, el clavadista simplemente tiene que colocar sus manos en punta y caer verticalmente y la tensión superficial no puede actuar sobre él de manera importante, ya que la viscosidad es casi constante.

En el caso de la maicena, la viscosidad es gigantesca a velocidades menores (casi como un sólido). Si el clavadista intentase realizar un clavado en maicena, aunque su caída fuese perfecta seguramente se rompería todos y cada uno de los huesos de su cuerpo, rebotando en la superficie de la maicena varias veces antes de poder sumergirse parcialmente.

Por la gran resistencia que presenta la maicena (y los fluidos no-newtonianos) es que el fragmento de vidrio no puede ser golpeado por el martillo y permanece intacto.

¿Qué tan grande puede ser la tensión superficial de la maicena? ¡Suficiente como para poder caminar sobre ella sin hundirse!

Mucha más diversión con fluidos no-newtonianos

Como segunda parte de este experimento, os invitamos a seguir experimento y poniendo a prueba vuestra imaginación con estos interesantes líquidos. Se pueden hacer realmente experimentos muy sencillos y muy entretenidos. A continuación les ofreceremos dos variantes del experimento anterior. Por fortuna el principio es el mismo y no necesitamos mayor explicación.

Experimento adicional 1:

¿Podéis pensar en otros objetos que puedan ser cubiertos por maicena? Aquí les proponemos uno más: ¿qué tal un huevo?

Materiales:

Una bolsa de plástico, maicena preparada como en el ejemplo anterior y un huevo.

Procedimiento

Colocaremos la maicena junto con el huevo en la bolsa de plástico cuidando que la consistencia sea la adecuada. Cerraremos muy bien la bolsa para que no se derrame el líquido en su interior (podríamos usar doble o triple bolsa para garantizar que no se derrame.

Una vez realizado este paso, podemos proceder a arrojar con fuerza la bolsa de plástico y el hueco debería permanecer intacto en su interior. Si el huevo llegase a romperse deberíamos jugar con las proporciones y la consistencia hasta lograr aquella que permita al huevo sobrevivir. Podríamos hacer este experimento más interesante dejando caer la bolsa desde grandes alturas pero hay que considerar que una vez que la bolsa comience a dejar de rebotar y disminuya la presión sobre la maicena esta se convertirá en líquido una vez más y el huevo podría romperse.

Experimento adicional 2:

¿Recordáis todavía la película de Flubber? Pues con maicena podréis preparar un material similar al que se veía en la película que podía rebotar por todos lados. Para ello, ocuparíamos algo como lo siguiente:

• Más mezcla de agua con maicena
•  Un globo

Simplemente rellenaríamos los globos con un embudo y la maicena. Hay que tener paciencia ya que podría tardar un poco en caer. Una vez llenos los globos procedemos a cerrarlos muy bien para que no escurra nada y estamos listos para comenzar.