A temperatura ambiente, la plastilina es sólida (algo). Pero si haces una tira delgada, no puede sostenerse por sí misma, ¿entonces sigue siendo sólida?
En un sentido más general, ¿qué clasifica o diferencia a un sólido de un líquido?
Respuestas
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Play-Doh es principalmente harina, sal y agua, por lo que básicamente es solo masa (sin levadura). Hay muchos componentes adicionales como colorantes, fragancias, conservantes, etc., pero estos están presentes en niveles bajos y no tienen un gran efecto en la reología.
El problema al decir que básicamente es masa es que la reología de la masa es terriblemente complicada. En una masa simple de harina/sal/agua tienes una fase líquida compuesta por una solución acuosa de polímeros como el gluten, y partículas sólidas de almidón. Por lo tanto, una masa es básicamente una suspensión de partículas sólidas en un fluido viscoso. Para complicar las cosas, las partículas están floculadas, por lo que terminas con un material que muestra un umbral de cedencia a diferencia de las partículas no floculadas en por ejemplo, oobleck.
En bajas tensiones, la masa se comporta como un sólido porque las partículas floculadas actúan como un esqueleto. Sin embargo, los enlaces entre las partículas floculadas son débiles (solo fuerzas de Van der Waals), por lo que incluso a tensiones moderadas la masa fluye y se comporta como un líquido. La masa, y el Play-Doh, se describen mejor como fluidos no newtonianos.
Mark Rovetta
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Voy a suponer que el juguete que realmente tienes en mente es el material vendido en los EE. UU. bajo el nombre de Silly Putty. Play-Doh se utiliza principalmente como una "arcilla para modelar" para esculturas, lo que significa que necesita comportarse como un "plástico" - su resistencia a la deformación debe ser lo suficientemente baja para permitir que se trabaje en una figura, pero lo suficientemente alta para que las figuras de tamaño razonable no colapsen rápidamente.
Silly Putty es bastante dramático (para la putty) y a menudo se utiliza como una ayuda didáctica para demostrar un rheid: un término algo obsoleto para un material que presenta una amplia gama de comportamientos mecánicos dependiendo de la magnitud del estrés. Silly Putty se fractura si se golpea con un martillo, rebota como el caucho, se estira como el metal y puede fluir a través de un agujero como un fluido.
Una ley constitutiva es una ley fenomenológica que describe la relación entre la carga y la deformación y la velocidad de deformación de un material. A veces, físicos, químicos e ingenieros adoptan una ley viscoelástica lineal constitutiva para modelar la deformación de un material. La primera ecuación constitutiva (ley constitutiva) fue desarrollada por Robert Hooke (ley de Hooke). Las leyes constitutivas viscoelásticas pueden ser útiles porque son relativamente fáciles de manejar matemáticamente y porque tienen análogos intuitivos simples: un resorte (material elástico), un amortiguador (material viscoso de newton) y un bloque deslizante con fricción (material plástico). También se pueden construir leyes constitutivas más complejas combinando estos análogos simples en serie o en paralelo. Por ejemplo, la ley constitutiva para Play-Doh (plástico) podría ser modelada por un bloque deslizante sobre una superficie con fricción; cuando la fuerza de fricción se supera, el bloque análogo se desliza (pero luego no se mueve cuando se quita la carga, es decir, no hay resorte). Tal vez Silly Putty podría ser mejor modelado por un bloque-resorte-amortiguador conectados en serie. Una tensión repentina puede mover solo el resorte (comportamiento elástico), una tensión mayor puede mover el bloque (plástico) y una tensión aplicada durante mucho tiempo podría mover el amortiguador. También hay materiales que muestran un comportamiento constitutivo no lineal que no se describe bien por ningún modelo viscoelástico lineal.
Las palabras "líquido" y "sólido" también pueden referirse al estado de una fase en un sistema termodinámico. Las fases están bien definidas en un sistema termodinámico porque generalmente están separadas por límites de fase y transiciones de energía. El estado de la materia y la fenomenología constitutiva no son idénticos.
Probablemente no debas clasificar un material como sólido o líquido según su comportamiento constitutivo. Es mejor usar esas palabras para referirse a diferentes fases de un sistema termodinámico.
No debes referirte al estado de la materia cuando te refieres al comportamiento constitutivo: son cosas diferentes. El agua que llena un lago está en estado líquido, pero también se comporta como un material elástico. El hielo en un glaciar está en estado sólido pero fluye cuesta abajo.
Al intentar entender la reología de los materiales, es importante considerar la influencia del tiempo.
Los geofísicos se dieron cuenta en el siglo XX de que las rocas de la corteza y el manto de la Tierra también se comportan como un 'rheid', pero en escalas de tiempo geológico. Este hecho tuvo que ser comprendido por los científicos de la Tierra para explicar/modelar la física subyacente de la tectonofísica planetaria moderna y las observaciones de la deriva continental, etc.
valentt
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Mientras que las propiedades físicas de un sólido frente a un líquido son obvias para cualquier estudiante de primaria, la física detrás de ello es un poco más compleja.
Tradicionalmente, una sustancia se llama sólido si no se deforma notablemente desde una forma inicial dada en su estado estable (en términos simples, no "fluirá" en ausencia de una fuerza que no sea la gravedad). Un líquido, en cambio, lo hará. Típicamente, un material sólido homogéneo es sólido porque las moléculas tienen una energía térmica insuficiente para superar las atracciones intermoleculares (como el enlace de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, etc) que le dan rigidez. Esta energía puede provenir de muchos lugares; clásicamente se piensa en ella como energía térmica (calor) para que podamos describir las cosas en términos de temperatura ambiente y presión. Sin embargo, bajo diferentes niveles de temperatura y presión que serían "normales" en situaciones distintas a nivel del mar en la Tierra, obtenemos otras formas y estados de la materia más allá de los tres tradicionales enseñados en la escuela primaria. Como mencionó el comentarista, el hielo es un sólido cristalino, pero dado suficiente masa para ejercer presión, como en los glaciares, todavía "fluirá"; de la misma manera, los metales son tradicionalmente sólidos, pero su maleabilidad les permite dar forma bajo una fuerza suficiente, incluida la atracción de la gravedad por su propio peso.
Entre sólidos y líquidos clásicos, típicamente tenemos algunas sustancias que tienen algunas propiedades de ambos. La abrumadora mayoría son químicamente heterogéneas, pero mezclas microscópica homogéneas de un sólido y un líquido, que se llaman "coloides" o "suspensiones coloidales". Si la mezcla es más sólida que líquida, y no "fluirá" notablemente bajo la fuerza de la gravedad sola, típicamente la llamamos "gel". Si la sustancia es más líquida que sólida, y se comporta como tal (como un líquido espeso), es un "sol". La plastilina cae bastante en la categoría de "gel"; es altamente "plástica" (flexible, moldeable, deformable) pero en la mayoría de las situaciones no se deforma bajo la gravedad sola. Las excepciones ocurren cuando el material tiene una forma tal que no hay suficiente del material para que las fuerzas intermoleculares puedan resistir la fuerza de la gravedad (como cuando se extruye una forma delgada del material).
La sugerencia de John de un "fluido no newtoniano" es inteligente, pero la física del material dice lo contrario. Un fluido es no newtoniano, simplemente, si su tasa de deformación no es directamente proporcional a la magnitud de las fuerzas que actúan sobre él. El Oobleck (maicena y agua) es un material así porque se vuelve más espeso e incluso se solidifica bajo grandes tensiones como intentar estrujarlo, pero fluirá fácilmente bajo tensiones más bajas como la gravedad. El comportamiento de la plastilina es mucho más proporcional; se deformará al ser estrujada y moldeada pero permanecerá, más o menos, bajo la gravedad sola.
