Algunos fluidos simples pueden quebrarse como si fueran sólidos

Cuando un líquido se somete a una fuerza intensa, la intuición dice que debería deformarse y fluir, no partirse como un plato o un vidrio. Sin embargo, un estudio comentado por Quanta Magazine y publicado en Physical Review Letters encontró que ciertos fluidos simples también pueden quebrarse de manera frágil si se los estira lo bastante rápido. El resultado cuestiona una idea bastante extendida en física de fluidos: que para fracturarse un líquido necesita comportarse primero, al menos en parte, como un material elástico.

El hallazgo surgió en experimentos de reología extensional, una técnica que consiste en estirar un material entre placas metálicas para medir cuánta fuerza hace falta para que cambie de forma. En el laboratorio de Drexel University, la investigadora Thamires Lima trabajaba con una mezcla viscosa de hidrocarburos cuando escuchó un chasquido breve y seco. El sonido no venía de la máquina: venía del fluido. En vez de seguir estirándose, el material se había fracturado.

Eso era inesperado porque el fluido en cuestión no era uno de esos materiales complejos que almacenan parte de la energía y pueden responder un poco como un sólido. Era un fluido simple, casi sin elasticidad apreciable. Para confirmar que no se trataba de una rareza aislada, el equipo repitió la prueba muchas veces y usó cámaras de alta velocidad. Así comprobó que la rotura tenía las características de una fractura frágil, del tipo que avanza muy rápido una vez que aparece una grieta.

La observación obliga a revisar cómo se piensa el problema. Hasta ahora, buena parte de los modelos asociaban este tipo de ruptura con la elasticidad de fluidos complejos, como algunos polímeros fundidos. Pero en este caso la explicación podría estar en otro rasgo más básico: la cohesión entre moléculas. Los autores proponen que, bajo suficiente tensión, pueden formarse cavidades o burbujas microscópicas dentro del líquido y que, si esas cavidades aparecen y crecen en rápida sucesión, terminan generando una grieta que se propaga como en un sólido quebradizo.

El trabajo también mostró que la velocidad importa mucho. En los experimentos descritos por Quanta, la mezcla se estiraba sin romperse a 100 milímetros por segundo, pero se fracturaba a 300 milímetros por segundo. Además, una vez iniciada la grieta, la propagación en estos fluidos simples resultó muchísimo más rápida que en fluidos complejos estudiados antes: del orden de cientos a más de mil metros por segundo. Según los investigadores, eso puede deberse a que en un fluido simple hay menos mecanismos internos para absorber y disipar la energía de la fractura.

Más allá de lo llamativo del resultado, el estudio no significa que cualquier líquido cotidiano vaya a quebrarse en condiciones normales. Los experimentos se hicieron con mezclas muy viscosas y con equipos capaces de aplicar tasas de estiramiento inusualmente altas. De hecho, el propio artículo señala que el fluido menos viscoso de los ensayados no llegó a fracturarse, y que para probar materiales más livianos harían falta instrumentos aún más rápidos. Tampoco está cerrado el mecanismo exacto que dispara la grieta.

Eso no le quita interés al hallazgo. Entender mejor cuándo un fluido deja de comportarse como tal puede influir en procesos industriales donde los materiales son estirados o expulsados a gran velocidad, desde el hilado de fibras hasta la impresión por chorro. También obliga a ajustar una frontera conceptual bastante básica: la que separa lo que esperamos de un sólido y lo que esperamos de un líquido. A veces, bajo suficiente estrés, esa frontera parece mucho menos nítida de lo que enseñan los ejemplos clásicos.