{"id":327480,"date":"2020-01-28T17:52:19","date_gmt":"2020-01-28T20:52:19","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=327480"},"modified":"2020-01-29T13:51:24","modified_gmt":"2020-01-29T16:51:24","slug":"el-poder-inesperado-de-la-friccion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-poder-inesperado-de-la-friccion\/","title":{"rendered":"El poder inesperado de la fricci\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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Universidad de Plymouth <\/span><\/a> En 2015, el qu\u00edmico Roy Lowry (izq<\/em>.) reprodujo el ca\u00f1\u00f3n en la Universidad de PlymouthUniversidad de Plymouth <\/span><\/p><\/div>\n

Hace algunos a\u00f1os circulan por internet unos videos sobre un experimento intrigante, que reci\u00e9n ahora reciben una explicaci\u00f3n f\u00edsica apropiada. Una botella de pl\u00e1stico con un poco de nitr\u00f3geno l\u00edquido convierte un barril lleno de pelotitas de pimp\u00f3n en un ca\u00f1\u00f3n deslumbrante. Siendo l\u00edquido a temperaturas inferiores a -196,15 grados cent\u00edgrados, el nitr\u00f3geno se convierte r\u00e1pidamente en gas a temperatura ambiente, sufriendo una expansi\u00f3n explosiva que hace volar miles de pelotitas. El experimento ya se hizo en programas de televisi\u00f3n y detuvo por instantes un edificio de la Universidad de Plymouth en el Reino Unido cuando el qu\u00edmico Roy Lowry lo llev\u00f3 a cabo en 2015<\/a>. Lo curioso es que, en el momento de la explosi\u00f3n, no solo vuelan las pelotitas. Tambi\u00e9n el barril sale del suelo y, a veces, se eleva a 1 metro de altura, cuando lo esperable era que no se moviera o que, a lo sumo, rebotara.<\/p>\n

El experimento, aparentemente sencillo, obtuvo una explicaci\u00f3n por parte de investigadores brasile\u00f1os y alemanes. En un art\u00edculo publicado en abril de este a\u00f1o, en el American Journal of Physics, <\/em>el f\u00edsico de Rio Grande do Sul, Jason Gallas, el pernambucano Eric Parteli y el ingeniero de Santa Catarina, Daniel Nasato, en asociaci\u00f3n con los alemanes Thorsten P\u00f6schel y Patric M\u00fcller, mostr\u00f3 que es el rozamiento entre las pelotitas y entre estas y el barril lo que hace con que vuele el barril.<\/p>\n

Otras formas de explicar el fen\u00f3meno hab\u00edan surgido en los foros de debate en Internet. Algunos suger\u00edan que la explosi\u00f3n provocaba una deformidad en el fondo del ca\u00f1\u00f3n, presionando el piso, lo que a su vez lo empujaba hacia arriba. Otros propusieron que el conjunto de pelotitas, al ser expulsadas, formar\u00eda un vac\u00edo parcial que arrastrar\u00eda el barril. Una tercera explicaci\u00f3n era m\u00e1s compleja. Suger\u00eda que la botella de nitr\u00f3geno estaba flotando en el agua. La explosi\u00f3n arrojaba las pelotas hacia arriba mientras que presionaba al agua contra el fondo y las paredes del barril. Al retroceder, el agua tiraba el barril hacia arriba, haci\u00e9ndolo saltar.<\/p>\n

Las interpretaciones explicaban la subida del barril en ciertas condiciones, pero, seg\u00fan los investigadores, no eran esenciales para el fen\u00f3meno. El barril se despegaba del piso, inclusive siendo de metal y con el fondo r\u00edgido. El grupo tampoco ve\u00eda ninguna raz\u00f3n para que la explosi\u00f3n creara vac\u00edo, ya que el aire desplazado se llena r\u00e1pidamente con nitr\u00f3geno. Si el vac\u00edo era esencial, el barril iba a seguir sali\u00e9ndose del piso inclusive sin las pelotitas, lo que no ocurr\u00eda. La tercera explicaci\u00f3n, para ser v\u00e1lida, requerir\u00eda que el tonel inicialmente estuviera lejos del suelo o que el suelo fuera de material el\u00e1stico \u2013en muchos experimentos, el barril estaba sobre un piso duro y sin agua\u2013. “Busc\u00e1bamos una explicaci\u00f3n general”, dice Nasato, actualmente investigador en la Universidad T\u00e9cnica de M\u00fanich, Alemania.<\/p>\n

El grupo empez\u00f3 a pensar en el tema en 2011, cuando Gallas vio por primera vez el video. Estaba llegando a la Universidad de Erlangen-Nurembergue, Alemania, para un per\u00edodo como profesor visitante y llev\u00f3 el asunto a una discusi\u00f3n informal de temas de f\u00edsica, el kaffee seminar.<\/em> A Thorsten P\u00f6schel, director del Instituto de Simulaciones en Multiescalas de la universidad, la cuesti\u00f3n le result\u00f3 interesante. Al igual que Gallas, \u00e9l se especializa en el comportamiento de materiales granulares (granos de arena, alimentos y minerales) y sospech\u00f3 que el barril saltaba debido a un efecto conocido por los especialistas: la obstrucci\u00f3n.<\/p>\n\n \n \n \n <\/picture>\n

Como no era posible medir todas las fuerzas en acci\u00f3n durante el experimento, se dedicaron a simulaciones computacionales. Parteli, actualmente en la Universidad de Colonia, Alemania, hizo la primera, confirmando la sospecha inicial. Sin embargo, las simulaciones con los par\u00e1metros del experimento de Plymouth (el barril, cantidad de pelotitas, dimensiones y propiedades de las mismas), tuvieron que esperar hasta que Nasato llegara a Erlangen para una pasant\u00eda postdoctoral. Nasato obtuvo resultados realistas, que reproduc\u00edan correctamente la altura a la que se elev\u00f3 el barril.<\/p>\n

Con la explosi\u00f3n, las pelotas cercanas a la botella son expulsadas a alta velocidad y se chocan con las de las capas superiores, que son empujadas hacia arriba y obstruyen el pasaje. El intercambio de fuerzas entre las pelotitas, resultante de la fricci\u00f3n, forma lo que los f\u00edsicos llaman cadenas de energ\u00eda y hace que, durante una fracci\u00f3n de segundo, se comporten como un objeto r\u00edgido y \u00fanico, como un grande tap\u00f3n, movi\u00e9ndose a alta velocidad. La fricci\u00f3n entre esta tapa y la pared del ca\u00f1\u00f3n la arrastra a la parte superior hasta que las pelotitas superiores escapan y dejan pasar a las otras.<\/p>\n

Pero todo esto no es suficiente para explicar que el barril tambi\u00e9n salga del piso. Esto ocurre porque la aceleraci\u00f3n de las pelotitas hacia arriba y el intercambio de fuerzas entre \u00e9stas y la pared del barril se producen en diferentes momentos. Poco despu\u00e9s de la explosi\u00f3n, la expansi\u00f3n del nitr\u00f3geno empuja tanto las pelotas hacia arriba como al fondo del tonel para abajo, lo que lo mantendr\u00eda en el suelo. Sin embargo, despu\u00e9s de que el gas se escapa y la fuerza ejercida por \u00e9l cesa, las pelotas que forman la tapa contin\u00faan avanzando fuera de la inercia. Es en este punto que la fricci\u00f3n entre ellos y la pared del barril lo arrastra hacia arriba. Despu\u00e9s de levantarse durante alg\u00fan tiempo, la gravedad ralentiza el ca\u00f1\u00f3n, que vuelve al suelo.<\/p>\n

Para Allbens Atman, f\u00edsico del Centro Federal de Educaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica (Cefet) en Minas Gerais y estudioso de medios granulares, la explicaci\u00f3n sorprende. En primer lugar, al demostrar que el sistema formado por barril, pelotas y botella de nitr\u00f3geno no est\u00e1 aislado del medio ambiente, como algunos podr\u00edan pensar. “La temperatura del ambiente circundante, mucho m\u00e1s alta que la del nitr\u00f3geno l\u00edquido, proporciona la energ\u00eda que genera la explosi\u00f3n”, explica. “Esto deshace la aparente paradoja, que al principio nos lleva a preguntar de d\u00f3nde viene la fuerza que levanta el ca\u00f1\u00f3n”. En segundo lugar, porque la fricci\u00f3n es necesaria y suficiente para arrastrar el barril. En las simulaciones, se elimin\u00f3 la fricci\u00f3n entre las bolas o entre ellas y la pared del barril, y el tonel no sali\u00f3 del suelo.<\/p>\n

“Comprender el papel de la fricci\u00f3n en la interacci\u00f3n de materiales granulares puede generar aplicaciones industriales”, dice Nasato. En el \u00e1rea farmac\u00e9utica, puede ayudar a dise\u00f1ar mejores sistemas de transporte neum\u00e1tico (por tubos con flujo de aire) de materiales que no pueden ser contaminados, reduci\u00e9ndose el riesgo de obstrucci\u00f3n y rotura del equipo. Tambi\u00e9n puede ayudar a calcular la velocidad adecuada de alimentaci\u00f3n de los altos hornos de refiner\u00edas de mineral y en la producci\u00f3n de polvos ultrafinos para la producci\u00f3n de nuevos materiales.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasile\u00f1os y alemanes explican el movimiento imprevisto de un barril durante un experimento explosivo con pelotas de pimp\u00f3n","protected":false},"author":16,"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":[105],"class_list":["post-327480","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\/327480","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\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=327480"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/327480\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":328262,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/327480\/revisions\/328262"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=327480"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=327480"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=327480"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=327480"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}