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Espesamiento por cizallamiento (dilatancia)

1885
  • Osborne Reynolds
Investigador demostrando el comportamiento de espesamiento por cizallamiento de una mezcla de almidón de maíz y agua en mecánica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El engrosamiento por cizallamiento, o dilatancia, es un no newtoniano comportamiento donde viscosidad aumenta con la velocidad del esfuerzo cortante. Un ejemplo clásico es una suspensión de almidón de maíz en agua (oobleck), que se siente líquida cuando se agita lentamente, pero se vuelve casi sólida cuando se golpea o se agita rápidamente. Este fenómeno se debe al agarrotamiento de las partículas en suspensión cuando se somete a un esfuerzo de cizallamiento elevado.

El mecanismo que subyace al espesamiento por cizallamiento en suspensiones concentradas se atribuye a menudo a la aglomeración y el atasco. A velocidades de cizallamiento bajas, las partículas en suspensión están lubricadas por el líquido que las rodea y pueden moverse unas junto a otras con relativa facilidad. A medida que aumenta la velocidad de cizallamiento, las partículas se acercan entre sí. La capa de fluido lubricante que las separa se adelgaza y las fuertes fuerzas hidrodinámicas de corto alcance hacen que las partículas formen aglomeraciones transitorias o "hidroclusters".

At a critical shear rate, these hydroclusters can percolate across the system, forming a rigid, stress-bearing network that spans the fluid. This transition from a flowing state to a jammed, solid-like state is what causes the dramatic increase in viscosidad. This process is reversible; when the high tensión de cizallamiento is removed, the particle network breaks apart, and the material returns to its fluid state. This property is exploited in technologies like liquid body armor, where a flexible material containing a shear-thickening fluid instantly becomes rigid upon the high-speed impact of a projectile, dissipating the energy and protecting the wearer.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mecánica

Tipo

Propiedad física

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • Observaciones de Osborne sobre el comportamiento de la arena mojada Reynolds
  • Estudios de suspensiones coloidales concentradas
  • Desarrollo de reómetros para estudiar fenómenos de alto cizallamiento

Aplicaciones

  • Armadura corporal líquida (por ejemplo, D3O) que se endurece con el impacto.
  • Sistemas de control de tracción donde el fluido se espesa para bloquear un diferencial.
  • Materiales de relleno de baches que fluyen hacia las grietas pero se endurecen bajo la presión del tráfico.
  • equipo de protección para deportes
  • Amortiguadores sísmicos para edificios

Patentes:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Ideas para posibles innovaciones

  • Suelas de calzado deportivo adaptables que se endurecen con el impacto para un mejor soporte
  • Baches inteligentes que son suaves a bajas velocidades pero duros a altas velocidades
  • Carcasas protectoras para dispositivos electrónicos que son flexibles pero se endurecen al caerse.
  • Materiales seguros para niños que son suaves al tacto pero resisten fuerzas repentinas.
  • Moldes de fundición reutilizables que son líquidos para verter pero se solidifican para manipular.
  • Paneles amortiguadores de sonido que se endurecen para absorber ruidos fuertes y repentinos
  • Mezclas de hormigón inteligentes que resisten fuerzas de corte sísmicas rápidas
  • guantes para manipular objetos delicados que se endurecen si la presión de agarre es demasiado alta
Relacionado con: espesamiento por cizallamiento, dilatante, oobleck, maicena, viscosidad, reología, coraza líquida, atasco.

Contexto histórico

Espesamiento por cizallamiento (dilatancia)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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