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Viscoelasticidad

1850
Investigador probando las propiedades viscoelásticas de un polímero sintético en un laboratorio.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La viscoelasticidad es la propiedad de los materiales que presentan características viscosas y elásticas cuando se deforman. Los materiales viscosos, como la miel, resisten el flujo de cizallamiento y cepa linealmente con el tiempo cuando a estrés se aplica. Los materiales elásticos, como una goma elástica, se tensan cuando se estiran y vuelven rápidamente a su estado original cuando se elimina la tensión. Los materiales viscoelásticos tienen elementos de ambos.

El comportamiento viscoelástico es consecuencia de la reorganización en función del tiempo de la microestructura de un material. Cuando se aplica una tensión, parte de la energía se almacena elásticamente en el estiramiento o la flexión de los enlaces moleculares, mientras que otra parte se disipa en forma de calor a través del deslizamiento viscoso de las moléculas entre sí. Este comportamiento dual da lugar a varios fenómenos característicos. Uno es la fluencia, en la que el material sigue deformándose lentamente con el tiempo bajo una carga constante. Otro es la relajación de tensiones, en la que la tensión necesaria para mantener una deformación constante disminuye con el tiempo a medida que se reorganiza la estructura interna del material.

Esta respuesta dependiente del tiempo se modela a menudo utilizando combinaciones de muelles ideales (que representan el componente elástico, siguiendo la Ley de Hooke) y amortiguadores (que representan el componente viscoso, siguiendo la Ley de Newton de Viscosidad). Modelos sencillos como el de Maxwell (muelle y amortiguador en serie) y el de Kelvin-Voigt (muelle y amortiguador en paralelo) captan las características básicas de la relajación de tensiones y la fluencia, respectivamente. Los modelos más complejos, como el Standard Linear Modelo sólidocombinan estos elementos para ofrecer una descripción más precisa de los materiales reales.

El comportamiento de los materiales viscoelásticos también depende en gran medida de la temperatura y la velocidad de deformación aplicada. A bajas temperaturas o altas velocidades de deformación, tienden a comportarse más como sólidos elásticos, mientras que a altas temperaturas o bajas velocidades de deformación, se comportan más como fluidos viscosos. Esto se conoce como el principio de superposición tiempo-temperatura.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Mecánica continua

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • ley de elasticidad de hooke (1660)
  • ley de la viscosidad de newton (1687)
  • Primeros estudios sobre los efectos posteriores de la elasticidad por Wilhelm Weber (1835)
  • desarrollo de la ciencia de los polímeros

Aplicaciones

  • colchones de espuma viscoelástica
  • amortiguadores en vehículos
  • polímeros sintéticos y plásticos
  • tejidos humanos y biomecánica
  • materiales de amortiguación de vibraciones
  • adhesivos sensibles a la presión

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Compuestos poliméricos autorreparables para la industria aeroespacial
  • biocompatible hydrogels for tissue engineering with tunable stiffness
  • Materiales impresos en 4D que cambian de forma con el tiempo
  • materiales de recolección de energía que convierten las vibraciones mecánicas en electricidad
  • camuflaje adaptativo que cambia de textura
  • Envase inteligente que indica frescura modificando sus propiedades reológicas
  • acústico metamaterials for advanced soundproofing
  • geles inyectables para cirugía mínimamente invasiva
Relacionado con: viscoelasticidad, reología, fluencia, relajación de tensiones, polímeros, biomecánica, maxwell modelo, modelo Kelvin-Voigt.

Contexto histórico

Viscoelasticidad

1838
1841
1845
1850
1850
1850
1850
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850
1850
1850

(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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