{"id":11642,"date":"2012-05-21T19:52:30","date_gmt":"2012-05-21T22:52:30","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=11642"},"modified":"2015-10-19T14:01:47","modified_gmt":"2015-10-19T16:01:47","slug":"misterios-de-la-arena","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/misterios-de-la-arena\/","title":{"rendered":"Misterios de la arena"},"content":{"rendered":"

\"\"IMAGEBROKER \/ GLOWIMAGES<\/span>Jugar con arena es algo que generalmente hacen los ni\u00f1os en la playa. Aunque los f\u00edsicos, que conservan la misma curiosidad por el mundo que los ni\u00f1os y se desvelan por descubrir sus secretos, tambi\u00e9n pueden divertirse con un pu\u00f1ado de arena. Y descubrir interesantes fen\u00f3menos. Un ejemplo de ello es el trabajo recientemente publicado por un investigador brasile\u00f1o, realizado junto a dos alemanes. El tr\u00edo detect\u00f3 un comportamiento de los granos de arena que todav\u00eda no hab\u00eda sido descrito y solamente se observa cuando los mismos son sacudidos horizontalmente: la expansi\u00f3n y el colapso repetidos del conjunto de granos.<\/p>\n

La arena, del mismo modo que otros materiales granulares, ejerce un poder casi hipn\u00f3tico sobre la gente. Formados por granos en estado s\u00f3lido, esos materiales se comportan a veces como un s\u00f3lido y otras como un l\u00edquido, sin que los granos sufran ning\u00fan cambio de estado f\u00edsico. Resulta dif\u00edcil no quedar perplejo al tomar un pu\u00f1ado de arena y observar c\u00f3mo se escurre entre los dedos, como si fuera agua, o tambi\u00e9n, al sentir que se comporta como un s\u00f3lido al caminar sobre ella. \u201cLa explicaci\u00f3n de este comportamiento es un problema que ya lleva 200 a\u00f1os\u201d, dice Jason Gallas, f\u00edsico de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul y de la Universidad Federal de Para\u00edba, quien particip\u00f3 en el estudio. \u201cMichael Faraday, m\u00e1s conocido por sus trabajos sobre electromagnetismo, tambi\u00e9n realiz\u00f3 experiencias con materiales granulares\u201d. En sus ensayos, el f\u00edsico ingl\u00e9s se pregunt\u00f3: \u00bfc\u00f3mo definir cu\u00e1ndo los materiales granulados se comportan como s\u00f3lidos y cu\u00e1ndo act\u00faan como fluidos, al escurrir en un reloj de arena, por ejemplo?<\/p>\n

Gallas y sus colegas Thorsten P\u00f6schel y Dirk Rosenkranz, de la Universidad Friedrich-Alexander, en Erlangen, Alemania, no trabajaron espec\u00edficamente en el problema que atorment\u00f3 a Faraday. Pero descubrieron algo que, en un futuro, puede generar aplicaciones para la ingenier\u00eda de materiales sofisticados. Mediante un experimento bastante sencillo, colocaron material granulado \u2013granos de cuarzo, de \u00f3xido de aluminio y de \u00f3xido de hierro\u2013 en una bandeja de acr\u00edlico que fue agitada en diferentes frecuencias y amplitudes bajo el control de una computadora. Y observaron lo que ocurr\u00eda.<\/p>\n

Sacudidos horizontalmente, entre 22 y 29 veces por segundo, los granos se desplazaban, sumergi\u00e9ndose junto a las paredes del recipiente y emergiendo en la regi\u00f3n central. A medida que los granos se mov\u00edan, el conjunto se expand\u00eda lentamente, ocupando un volumen mayor en la zona central de la bandeja, para a continuaci\u00f3n sufrir un colapso abrupto y retornar al volumen original.<\/p>\n

Lo complejo fue interpretar lo que hab\u00eda ocurrido. Como el flujo de granos es constante, el volumen tambi\u00e9n deber\u00eda serlo, ya que la cantidad de arena que se hunde en los bordes es la misma que sube en el \u00e1rea central.<\/p>\n

Casi vac\u00edo
\n<\/strong>La primera explicaci\u00f3n que surge es que, a medida que los granos se desplazan, el aire se acumula debajo de ellos y provoca la expansi\u00f3n. Pero los investigadores corroboraron que no necesariamente se trata de eso. Ellos repitieron los experimentos en un ambiente con baja presi\u00f3n (casi vac\u00edo) y obtuvieron id\u00e9ntico resultado. \u201cSi el aire aportara a tal efecto, su contribuci\u00f3n ser\u00eda \u00ednfima\u201d, dice Gallas.<\/p>\n

\"050-051_Graos_195\"Ilustraci\u00f3n: Dr\u00fcm \/ Infograf\u00eda: Tiago Criollo<\/span><\/a>El grupo tiene una hip\u00f3tesis para explicar lo que sucede, que se relaciona con un fen\u00f3meno denominado dilataci\u00f3n de Reynolds. Descrito por Osborne Reynolds en 1885, este fen\u00f3meno ayuda a explicar la tendencia de los materiales granulares a expandir su volumen como consecuencia del reordenamiento de los granos. \u201cA grandes rasgos, podemos pensar en t\u00e9rminos de los antiguos puentes de piedra construidos sobre los r\u00edos\u201d, ejemplifica Gallas.<\/p>\n

Del mismo modo que esas construcciones ten\u00edan como base pilares unidos por arcos de piedra, se imagina que el movimiento de los granos genera una reestructuraci\u00f3n tridimensional del material, que origina algo similar a los arcos abriendo espacios vac\u00edos entre las part\u00edculas. No obstante, mediante la acumulaci\u00f3n de m\u00e1s y m\u00e1s granos, la estructura colapsa y se compacta.<\/p>\n

Una forma de probar la hip\u00f3tesis ser\u00eda realizar simulaciones computadas demostrando in silico<\/em> los efectos observados. Sin embargo, aunque Thorsten y Gallas son expertos en simulaciones, no existe la perspectiva de realizarlas de inmediato. Pese a ser un experimento sencillo, la realizaci\u00f3n de simulaciones virtuales en tres dimensiones ser\u00eda bastante complicada porque involucra un elevado n\u00famero de part\u00edculas.<\/p>\n

\u201cEste art\u00edculo es uno de los m\u00e1s relevantes entre nuestras investigaciones recientes\u201d, comenta P\u00f6schel, quien lidera un numeroso grupo de estudios de materiales granulares en Alemania. En realidad, pasaron m\u00e1s de 15 a\u00f1os desde la primera observaci\u00f3n del efecto hasta su publicaci\u00f3n. Uno de los motivos fue que el investigador del grupo de P\u00f6schel que comenz\u00f3 con el experimento consigui\u00f3 otro empleo y abandon\u00f3 al equipo. \u201cReci\u00e9n ahora lo reanudamos\u201d, dice Gallas, quien pas\u00f3 nueve meses en Erlangen trabajando en el problema.<\/p>\n

Gallas enfatiza que el inter\u00e9s del grupo es la ciencia b\u00e1sica: ayudar en la comprensi\u00f3n de los complejos fen\u00f3menos que ocurren con los materiales granulares. Pero subraya que esas investigaciones podr\u00edan generar aplicaciones en un futuro. La ingenier\u00eda de materiales se ver\u00eda muy beneficiada, en especial, en \u00e1reas tales como la fabricaci\u00f3n de cer\u00e1micas ultraduras, que involucra la compactaci\u00f3n y el procesamiento de granos. Comprender c\u00f3mo se comportan los gr\u00e1nulos de la materia prima puede ayudar a compactar mejor el material, obteniendo un producto de mayor calidad.<\/p>\n

Lo mismo vale para la industria de los CDs y DVDs. Los discos se fabrican a partir de material pl\u00e1stico granulado. No obstante, el proceso de manufactura es imperfecto. \u201cEn el proceso industrial de fabricaci\u00f3n de esos objetos resulta com\u00fan que haya p\u00e9rdidas de hasta un 30%. Es demasiado\u201d, dice Gallas, destacando que el camino con miras a mejorar esos \u00edndices consiste en comprender las sutilezas que ata\u00f1en a los fen\u00f3menos involucrados.<\/p>\n

\u00c9l y sus colegas est\u00e1n entusiasmados con el nuevo efecto, tan evidente y a\u00fan as\u00ed desconocido, en el movimiento de los granos. Pero reconocen que se hallan lejos de comprenderlo completamente. Eso por no mencionar otros fen\u00f3menos que podr\u00edan descubrirse, a medida que se realicen nuevos estudios. \u201cTan s\u00f3lo es el comienzo\u201d, dice el brasile\u00f1o.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/strong><\/em>P\u00d6SCHEL, T. et al<\/em>. Recurrent inflation and collapse in horizontally shaken granular materials<\/a>.\u00a0Physical Review E<\/strong>. 2012.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Modelo puede perfeccionar m\u00e9todos de fabricaci\u00f3n de materiales","protected":false},"author":19,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[111],"class_list":["post-11642","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11642","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/19"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=11642"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/11642\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=11642"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=11642"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=11642"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=11642"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}