Los líquidos simples y complejos en la vida diaria

El conocimiento humano se fue acumulando a lo largo de los siglos y la información fue pasando de boca en boca hasta que llego a ser tanto que fue necesario agruparlo en especialidades. Sin embargo, el conocimiento tuvo una etapa de acumulamiento en casi todas sus áreas hasta finales de la edad media, es decir, hasta que se descubrió que era necesario contar con herramientas matemáticas que permitieran predecir el comportamiento de las maquinas. Se puede decir que, a finales del siglo XVII, con los trabajos de Isaac Newton y otros físicos y matemáticos se inicia el estudio científico de la naturaleza. En especial se estudian los estados de la materia mas simples y se pueden distinguir con cierta simplicidad los estados de agregación que llamamos gas, liquido y solido. El comportamiento de los sistemas en estado liquido se pensó que tenían algo de solido y algo de gas, por el que desarrollar teorías y modelos para estos dos estados permitiría entender los estados líquidos. Pero esta forma de pensar solo sirvió para retrasar el estudio de los líquidos. Fue Newton uno de los primeros en estudiar los líquidos, en especial aquellos que se comportan como el agua a temperatura ambiente, esto llevo a que se nombraran “líquidos newtonianos” a los fluidos que se comportan como agua, en especial cuando se ejerce alguna fuerza sobre ellos, por ejemplo al agitarlos o al hacerlos pasar por algún recipiente. Los fluidos complejos o no newtonianos son aquellos que fluyen, pero su viscosidad depende de la velocidad con que ellos se desplazan, por ejemplo la pasta de dientes, la miel, el gel, los polímeros, las soluciones coloidales, las pinturas, los pegamentos, entre muchos mas.

Los Líquidos y otros estados de la materia

Uno de los científicos más sobresalientes de la historia de la humanidad fue sin duda Louis Pasteur, de origen francés quien se doctoro en física y química y recibió diferentes doctorados honoris causa por sus investigaciones en diversos sistemas vivos. Es muy interesante que uno de los investigadores mas importantes haya dedicado mucho de su tiempo por entender que había sucedido con la cosecha de uvas de su época (Cabe destacar su fascinación por el vino) para que el vino fuera de baja calidad.

Sin embargo los problemas que enfrentaba Pasteur eran mas complicados que nosotros nos enfrentamos al estudiar líquidos simples. Primero antes que nada debemos de entender los estados de agregación de la materia más comunes, es decir, entender las diferencias entre los estados gas, solido y liquido. Un conflicto importante para entender y estudiar los fluidos fue el rechazo constante de los modelos moleculares de la materia por parte de los científicos del siglo XIX; pero gracias a los trabajos de Boltzmann y Van der Waals se supuso que la materia se manifiesta en diferentes estados dependiendo de sus fuerzas moleculares. Como licenciado en ciencias de la educación y hermano marista, mi concepto es más estrecho, entendiendo que las moléculas de gas chocan contra las paredes del recipiente que lo contiene, por otra parte, en los cuerpos solidos, las fuerzas de interacción de las moléculas se resisten al movimiento térmico, es decir, entiendo que la agitación térmica debida a la temperatura tiende a separar las moléculas y las fuerzas intermoleculares las mantienen unidas, si ellas son mas grandes que las térmicas. Por ultimo, entiendo que en el liquido las moléculas están en una proximidad inmediata, ellas se encuentran en continuo y caótico movimiento térmico.

Para estudiar el sistema, me dedique a construir un modelo tipo caricatura que me permite entender  de la forma mas simple como se comporta el sistema que me llamo la atención, es decir, desde mi punto de vista científico, la siguiente ilustración es una representación adecuada de los estados de la materia.

Un experimento que es muy fácil de realizar en los salones de clase (Recomendado como profesor) y que manifiesta el comportamiento de los sistemas según su estado de agregación.

Este es un experimento muy interesante ya que tenemos una vela encendida, su flama tiene propiedades especiales y se encuentra en un estado llamado plasma. La temperatura de la vela es muy alta y depende de la región de la vela. Aquí hay varios desafíos para mis estimados lectores:

¿Cómo medir la temperatura de la vela?, ¿Cuales son las temperaturas que podemos medir?, ¿Por qué el agua sube?,¿Por qué la vela se apaga?,¿Hasta donde sube el agua?,¿Si ponemos leche u otro liquido subirá lo mismo?,¿Por qué no se notan cambios en los recipientes?

Por otro lado, dos de los principios donde las propiedades de los fluidos se manifiestan con gran claridad y que permiten a los estudiantes de ciencias e ingeniería diseñar un experimento que puede ser en principio cualitativo y convertirse en un experimento cuantitativo con un poco de esfuerzo es el llamado “Ludion”, donde se pude verificar el cumplimiento del principio de Arquímedes y del principio de Pascal.

Finalmente, sobre los fluidos complejos podemos decir que: su fenómeno de fluir esta relacionado con la deformación. Al aplicar una fuerza el fluido experimenta una “deformación continua en el tiempo” o “flujo” y, aunque, desaparezca el esfuerzo, el fluido no recupera su forma original. Un fluido real es viscoso y se resiste a deformarse y fluir; una de las diferencias mas notables entre los fluidos newtonianos y los poliméricos es que los últimos tienen “Memoria”. Para ver mas acerca de estos fluidos se recomienda leer el libro de García - Colín y Rodríguez.

Conclusión y comentarios míos

Los estados de la materia se pueden entender a partir de modelos físicos moleculares pero aun para el fluido mas común como el agua, se tiene muchas propiedades que no se entienden. Los experimentos aquí presentados son muy sencillos de realizar sin embargo el contenido físico es muy rico y principalmente se desea que despierte el interés de mis estudiantes por investigar a partir de las cosas mas simples.

Como podemos ver los fluidos complejos son uno de los principales temas de la investigación actual debido a que las propiedades y comportamientos de los gases, los liquidos y los solidos aun no han sido entendidos del todo, muchas de sus propiedades se pueden observar y medir, pero su predicción teórica aun no es total.

BIBLIOGRAFIAS RECOMENDADAS POR HNO. GAMALIEL GOROSTIETA

·         M. Martínez Báez, “Pasteur vida y obra”. FCE-Colegio de México, 1995

·         L.D. Landau, “Física para todos, libro 2. Moléculas”. Editorial Mir Moscú

·         L. García – Colín y R. Rodríguez Cepeda, “Líquidos exóticos” Ed. Fondo de cultura económica 1992

·         ”E. Braun, “Arquitectura de solidos y líquidos” Ed. Fondo de cultura económica 1987

·         M. Konstantinopski, “¿Por qué el agua moja?” Ed. Rádula Moscú, 1987

·         V. Petrianov, “La sustancia mas extraordinaria en el mundo” Ed. Mir Moscú, 1980

·         Yu. Fiálkov, “Propiedades extraordinarias de las soluciones corrientes” Ed, Mir Moscu, 1985

·         José Luis del Río y Santiago, sacerdote y quimico farmacobiologo “Letras muertas” Ed, Mexico D.F., 1991