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Colegio Pedro Martínez Vázquez
Verónica del Consuelo García Pérez
Sofía Berenice Jiménez Granados
Andrea Manzano Alcántara
Mariana Elizabeth Martínez Molina
Ana Isabel Núñez Zúñiga
NL: 13, 24,31, 36, 41
Grupo: Químico-Biológico
Materia: Metodología de la Investigación
Tema: ¿Sólido o Líquido? Fluido no newtoniano
Fecha de entrega: Martes 24 de Febrero del 2015
Tabla de contenidos

Introducción

Planteamiento del Problema

Objetivo

Descripción de los pasos

Hipótesis

Marco Teórico

Conclusión

Referencias
Introducción
Nosotras consideramos que la ciencia busca que todo tenga una explicación, por
el contrario la magia busca simplemente convencernos mediante “ilusiones” y
cosas que parecen inexplicables. Es por eso que en este proyecto decidimos
buscar un experimento que parezca mágico, porque creemos que todos los actos
de magia tienen cierta base científica. Lo que significa que aunque los trucos
parezcan fáciles de realizar, no cualquiera puede realizarlos.
Todo truco de magia debe tener una promesa, un método y un prestigio, es por
eso que lo más complicado ha sido “¿cómo convertir un experimento en un truco
de magia?” es decir, lograr que las personas se convenzan de que es algo
extraordinario, pues actualmente ya no nos dejamos sorprender fácilmente.
Nuestro experimento es básicamente un fluido que cambia su viscosidad, lo que le
permite ser sólido o líquido sin ningún cambio a parente, ¿cómo?, eso es lo que
queremos explicar en este proyecto, pues sinceramente sí nos ha parecido
realmente extraordinario, y sabemos que debe tener una muy buena explicación
científica.
Así es que con cosas muy simples que podemos encontrar en nuestro hogar nos
daremos a la tarea de comprobar que se puede hacer magia de manera científica,
además de que buscaremos la explicación a estos fenómenos.
Planteamiento del Problema
Estamos muy acostumbrados a los líquidos que permiten ser derramados, bebidos
o vertidos, pero ¿qué pasaría si un líquido cambiara dependiendo de las
características de su entorno, es decir, cuya viscosidad varíe con la tensión
cortante que se le aplique?
Objetivo
Comprobar que hay fluidos que actúan como líquidos o como sólidos dependiendo
la fuerza que se le aplique.
Descripción de los pasos
Para llevar a cabo nuestro truco de magia,
requerimos “maicena”, agua y un recipiente ó
“bowl” transparente, preferentemente de cristal
para observar cualquier cambio.
Podemos utilizar también colorante artificial para
darle color al truco.
1.
Ya teniendo todo nuestro material listo para trabajar,
comenzamos añadiendo un poco de “maizena” al “bowl”.
2. Enseguida, agregamos un poco de colorante
artificial a la “maizena” y un vaso de agua al bowl
con los materiales.
3. Mezclamos suavemente hasta tener esta consistencia.
4. Podemos tocar con nuestras manos la mezcla y sentir su consistencia. Y
podemos darnos cuenta de que si aplicamos un poco de presión en la masa
podemos hacer fácilmente una bolita, pero cuando dejamos de hacer
presión, ésta se vuelve líquida y regresa al recipiente.
Hipótesis
Si aplicamos un movimiento firme sobre el fluido, entonces actuará como un
sólido. Sin embargo, si aplicamos un movimiento suave sobre el fluido, entonces
actuará como un líquido.
Marco Teórico
Para saber por qué este fluido se comporta de esta manera tan extraña
consideramos que primero necesitamos saber qué es exactamente un fluido y
cómo se comportan sus moléculas.
Las moléculas que forman un líquido no están confinadas a posiciones fijas, como
en los sólidos, sino que se pueden mover libremente de una posición a otra
deslizándose entre sí. Mientras que un sólido conserva una forma determinada, un
líquido toma la forma del recipiente que lo contiene. Las moléculas de un líquido
están cerca unas de otra y resisten mucho las fuerzas de compresión. Los líquidos
como los sólidos, son difíciles de comprimir. Los gases, se comprimen con
facilidad. Tanto los líquidos como los gases pueden fluir, y en consecuencia,
ambos se denominan fluidos. La viscosidad es la medida de la resistencia a la
deformación que presentan los fluidos al aplicarles un esfuerzo.
¿Por qué se llaman fluidos newtonianos y no newtonianos? La primera relación
constitutiva para un fluido viscoso la estableció Isaac Newton en 1687 al proponer
que para estos fluidos el esfuerzo de corte aplicado y la deformación producida es
proporcional, es decir, a mayor esfuerzo mayor deformación. Como ya hemos
visto, la deformación implica que la velocidad relativa de las capas de fluido no es
la misma, por lo tanto la relación de Newton también puede expresarse diciendo
que el esfuerzo de corte y el cambio de la velocidad en el fluido son
proporcionales (García, 1995).
Sir Isaac Newton, fue un pionero de la mecánica de fluidos, estableciendo una ley
sobre la viscosidad, es decir, la resistencia de un fluido a fluir. Por lo que un fluido
no newtoniano es aquel cuya viscosidad varía con el gradiente de tensión que se
le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. Como
resultado, un fluido no-newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido y
constante, a diferencia de un fluido newtoniano.
En dicha ley de la viscosidad, Newton establece que cuando se mueve un fluido,
en forma “laminar”, existe una relación directamente proporcional entre los
esfuerzos o tensiones aplicadas y los gradientes (aumentos, disminuciones) de la
velocidad del flujo, siendo la constante de proporcionalidad una propiedad física
del fluido llamada viscosidad dinámica o absoluta.
Aquellos fluidos que verifican este comportamiento se denominan fluidos
newtonianos. Muchos fluidos comunes tanto líquidos como gaseosos se
comportan siguiendo esa relación. Los Fluidos Newtonianos como los Fluidos no
Newtonianos se muestran en la vida cotidiana, son sustancias de uso frecuente, y
forman parte de la normalidad.
Por otra parte los fluidos no Newtonianos, son muy prácticos. Un fluido no
Newtoniano es aquel cuya viscosidad o resistencia a fluir varía con el gradiente de
tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada.
Como resultado, un fluido no Newtoniano no tiene un valor de viscosidad definido
y constante, a diferencia de un fluido Newtoniano.
Estos fluidos poseen la capacidad de ser perfectamente flexibles, ser muy
curiosos por sus propiedades, son cómodos de usar durante un periodo largo de
tiempo, así como tener la capacidad de absorber la energía del impacto de un
proyectil a alta velocidad.
Un ejemplo económico y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse
fácilmente añadiendo almidón de maíz en agua en una proporción aproximada de
dos a uno, añadiendo el último en pequeñas porciones y mezclando lentamente.
Cuando la suspensión se acerca a la concentración crítica es cuando las
propiedades de este fluido no newtoniano se hacen evidentes.
La aplicación de una fuerza con una cucharilla hace que el fluido se comporte de
forma más parecida a un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su
comportamiento como líquido.
¿Por qué pasa esto? Dentro de nuestro fluido tenemos dos tipos de moléculas: las
moléculas de agua y las moléculas de maíz. Las moléculas de agua están
principalmente en la superficie y en medio de las moléculas de maíz, es por eso
que actua como líquido al mover el recipiente con la mezcla, pero si damos un
golpe fuerte a las moléculas de maíz no les da tiempo de acomodarse y chocan
entre ellas evitando que la fuerza exterior pase (mano, cuchara, etc), para
posteriormente recuperar su forma original. Sin embargo, al introducir lentamente
cualquier objeto dentro de la mezcla a las moléculas de maíz les da tiempo a
reordenarse con las moléculas de agua que había en la superficie y poco a poco
podemos ir introduciendo el objeto.
Conclusión
Al hacer el experimento pudimos comprobar que nuestro fluido actúa como sólido
y como líquido, dependiendo de la fuerza que apliquemos sobre él, ya que cuando
aplicabamos fuerza al estarlo amasando se hacía más espeso y cuando
amasabamos muy lento y suave se hacía más líquido y manejable.
Además pudimos comprobar que está formado por moléculas de agua y de maíz,
pues al dejarlo en reposo se separaba el agua del maíz haciéndose una fina capa
de agua en la parte superior.
Como dijimos anteriormente, la parte más difícil es la presentación de nuestro
truco de magia, pero en lo que a nosotras respecta hemos quedado muy
sorprendidas por la forma en la que se comporta este fluido no newtoniano, que
aunque ya lo habíamos visto en la tele, no nos había surgido la curiosidad de
investigar más al respecto.
Nos pudimos dar cuenta de que así como hay fluidos newtonianos, que son los
que conocemos mejor, porque estamos en contacto con ellos y son los más
comunes, también hay fluidos no newtonianos que son un poco menos comunes,
pero que también son muy importantes en nuestra vida diaria, especialmente la
maizena y la cátsup.
Consideramos que la excepción a la regla siempre es algo muy interesante y por
ende, fuera de lo común, es por eso que normalmente nunca nos fijamos en la
forma en la que reaccionan estos fluidos no newtonianos en nuestra vida diaria, ya
que no todos reaccionan de la misma manera (como la cátsup, que actúa al
contrario de lo que acabamos de explicar).
Finalmente, pudimos comprobar nuestras hipótesis pues cuando aplicamos una
mayor fuerza, es decir, cuando golpeamos con el puño, la masa actuó como un
sólido y cuando metimos suavemente nuestra mano, pudimos ver que nuestros
dedos se hundían poco a poco en la masa.
Referencias
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Paul E. Tippens “Física, Conceptos y Aplicaciones” McGraw-Hill, México,
2007.
Carlos Gutiérrez Aranzeta y Alicia Pérez “Ciencias 2 Física” Larousse,
México, 2006.
Jok Church “Experimentos Divertidos, El Mundo de Beakman” Selector,
México, 2001.
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http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/feria387_01_los_fl
uidos_no_newtonianos.pdf
http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/3623/1/tema2RUA.pdf
http://www.acmor.org.mx/cuamweb/reportescongreso/2012/SecCiencias/80
6-AngloAmerLomas-FLUIDOSNONEWTONIANOS.pdf
http://www.neoteo.com/experimentos-con-fluidos-no-newtonianos-15907/
https://www.youtube.com/watch?v=Mvabk8II188