Materiales granulares 
 

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Física

Los materiales granulares cambian de fase al ser removidos o agitados



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(NC&T) El logro es fruto de una investigación financiada por la NASA, en la que se desarrolló un experimento originalmente planeado para la Estación Espacial Internacional, a cargo del físico Robert Behringer de la Universidad de Duke y la investigadora de postdoctorado Karen Daniels (que pronto ingresará en la Universidad Estatal de Carolina del Norte).

Lo más sorprendente es que la vibración aplicada no hace cambiar al sistema granular del modo que cabría esperar, hacia un estado más fluido como lo haría un material convencional, sino que puede tener el efecto inverso: hacerle pasar a un estado comparable al de un sólido cristalino.

Esta sorpresa podría tener implicaciones prácticas en situaciones que involucran materiales granulares, como predecir la estabilidad de un terraplén, evaluar el riesgo de avalanchas, o destrabar con gran eficiencia una tolva de alimentación de carbón o grava. Por ejemplo, aplicar vibraciones a partículas trabadas en una tolva, un método que a veces se usa, podría no sólo ser poco eficaz en bastantes casos, sino incluso hacer que se compacten aún más.

Daniels y Behringer construyeron una cámara esférica ajustable con una pared transparente de plexiglás donde las pequeñas cuentas de plástico son revueltas hasta su "deformación" por un motor montado en la parte superior, mientras un vibrador electromagnético instalado en el fondo puede agitarlas.

Materiales granulares
Robert Behringer y Karen Daniels. (Foto: Jim Wallace)
La motivación inicial para este experimento era entender cómo los materiales granulares sufren lo que se llama una transición de bloqueo, es decir, cuando las partículas que los componen son aproximadas lo bastante unas a otras como para que se traben entre sí. Si no hay una vibración lo bastante grande que provoque rupturas, el material granular bloqueado o solidificado no se moverá.

En lugar de simular una condición de estado suspendido mediante la simple acción de hacer vibrar las cuentas, los investigadores de Duke planearon originalmente liberarlas por completo de la fuerza de gravedad con un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional, pero un cambio de prioridades en la NASA impidió seguir con el proyecto en la modalidad citada.

Con un experimento en tierra, suplente del originalmente planeado, Daniels demostró primero cómo la acción de revolver la mezcla en el recipiente hizo que las cuentas de la capa superior se movieran y separaran en conglomerados cada vez más desordenados. Sin embargo, otro tipo de vibración no dio el resultado que podría esperarse, y la capa superior fue volviéndose más ordenada, con las cuentas asumiendo progresivamente las simetrías espaciales regulares de los cristales. A partir de aquí, Daniels y Behringer examinaron los efectos de distintas combinaciones de movimientos vibratorios, desvelando las llamativas propiedades antes expuestas.

Ajustando el ritmo en que se remueven las partículas y el ritmo en que se agitan, su sistema puede predecir y emular las "transiciones de fases" que ocurren en los materiales granulares, es decir las configuraciones espaciales que se asemejan a lo que sucede cuando los líquidos se hielan formando sólidos, o los sólidos cristalinos se funden en líquidos.



Hay un comentario
jose caceres – talca
31/08/09 - 21:00
Tema: no me gusta su pjina

buuuu q pagina +
aburrida no tiene
nada de lo nesecito
no puedeser + fome

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