Viscoelasticity
07 Mar, 2012
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PDFMixed behaviours
PRESENTATION: The relevant concepts of viscoelasticity related to polymers may be illustrated using Silly Putty®, a soft material used as a toy that has found applications in diverse fields, ranging from industry to medicine. This way, for instance, this material bounces elastically as rubber when it falls from a certain height, while it shows also viscous behaviour spreading if it stands on a flat surface as if it were a fluid.
- Elastic Properties of Plasticine, Silly Putty, and Tennis Strings, Rod Cross, Phys. Teach. 50, 527 (2012)
- Young’s Modulus of a Marshmallow, Kenneth A. Pestka, Phys. Teach. 46, 140 (2008)
7 responses to "Viscoelasticity"
La viscoelasticidad es un comportamiento que presentan algunos materiales, como el Silly Putty propuesto en este vídeo, que exhiben tanto propiedades viscosas como elásticas cuando se someten a deformación. El material propuesto es una marca comercial, con lo que si no se dispone de recursos económicos suficientes se puede elaborar una sustancia similar fácilmente en el laboratorio (ver vídeo). Además de estudiar el rebote elástico, también se pueden estudiar otros efectos asociados a la viscoelasticidad con otro tipo de sustancias como: 1) el efecto de Barus por el cual se observa un aumento de volumen cuando se fuerza su salida por un orificio, 2) el efecto de Weissenberg por el cual una sustancia viscoelástica tiende a trepar por una varilla que gira a una determinada velocidad, y 3) el efecto de Kaye por el que la superficie sobre la que se vierte la sustancia viscosa devuelve un chorro ascendente que se combina con el que está cayendo.
Como ha comentado Alfonso, los materiales viscoelásticos exhiben propiedades tanto de los materiales elásticos, que se deforman cuando se les aplica una carga pero recuperan su forma inicial al cesar la fuerza, y que se rigen por la ley de Hooke, y los materiales viscosos, que se deforman cuando se les aplica una carga, pero no recuperan su forma al cesar la aplicación de fuerza, estos últimos se rigen por la ley de Newton. En los materiales viscoelásticos, el objeto sobre el que se aplica la fuerza mantiene parte de la deformación al cesar ésta. Una utilidad muy conocida de estos materiales es en los colchones viscoelásticos, que afirman garantizar un mejor descanso basándose en la memoria de forma como en la firmeza necesaria. Resulta curioso que nos paremos a pensar que nuestros propios materiales biológicos, huesos y músculos, son también materiales viscoelásticos, y sus propiedades mecánicas son las que nos permiten realizar cualquier tipo de ejercicio en nuestra vida cotidiana. Más detalle sobre nuestra “composición viscoelástica” en el siguiente artículo.
Los materiales viscoelásticos tienen un comportamiento intermedio entre el sólido ideal y el líquido ideal. Existe un amplio abanico de comportamientos que pueden adoptar, en función de si predomina el carácter elástico o viscoso, y en que grado es predominante. Esta es la razón por la que el comportamiento de los fluidos viscoelásticos es difícil de modelizar y existe un gran número de modelos que pretenden explicar este comportamiento. Los dos modelos más conocidos son el de Maxwell (cuando predomina el carácter viscoso) y el de Kelvin (cuando predomina el caracter elástico).
El silly putty está compuesto por una silicona que es un fluido no Newtoniano, tiene unas características increíbles que lo hacen ideal para hacer demostraciones con los alumnos. En este artículo que está en Researchgate se puede ver un análisis en detalle sobre sus propiedades. Además estas propiedades se pueden asociar a muchas partes de nuestro cuerpo, como tendones, músculos y huesos, como se puede ver en este blog o en este vídeo.
La viscoelasticidad es un tipo de comportamiento reológico anelástico que presentan ciertos materiales que exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elásticas cuando se deforman. En el vídeo se puede observar tres efectos de un fluido viscoelástico: efecto Barus, efecto Weissenberg y efecto Kaye.
Leyendo los comentarios, me sorprendió que los huesos fuesen viscoelásticos, y quise saber más sobre este tema. Encontré este video How silly putty is like a bone, de un profesor de la universidad de Conenecticut, dónde muestra antiguos cráneos de forma cónica que fueron deformados por acción de fuerzas de bajo impacto aplicadas durante mucho tiempo. Ver para creer!
Es un concepto muy chulo. El silly putty es considerado un fluido no Newtoniano. Uno de los fluidos no newtonianos más conocidos es la mezcla de maicena y agua. Yo jugaba con esta mezcla mucho antes de saber lo que era un fluido no newtoniano.