Reoloxía
A reoloxía é a rama da física de medios continuos que se dedica ao estudo da deformación e o fluír da materia.
O termo foi introducido polo químico estadounidense Eugene Bingham en 1929, a partir dunha suxestión dun seu colega, Markus Reiner.[1][2]
Este termo inspirouse no aforismo de Simplicio (atribuído a miúdo a Heráclito), πάντα ῥεῖ pánta rhei, "todo flúe",[3][4] e foi usado para describir o fluxo de líquidos e a deformación de sólidos.
Etimoloxía
[editar | editar a fonte]O termo foi introducido en inglés en 1929, adaptación do francés rhéologie, voz formada en inglés polos elementos rheo-, tirado do grego antigo ῤήoς rhḗos, "fluxo", "corrente", e -logy, do francés -logie, ou do latín -logia, e estes do grego antigo -λογία.[5][6]
Concepto
[editar | editar a fonte]Unha definición máis moderna expresa que a reoloxía é a parte da física que estuda a relación entre a forza aplicada a un material e a deformación do material que é capaz de fluír.[7]
A reoloxía é unha parte da mecánica de medios continuos. Unha das metas máis importantes en reoloxía é encontrar ecuacións constitutivas para modelar o comportamento dos materiais. Ditas ecuacións son en xeral de carácter tensorial.
As propiedades mecánicas estudadas pola reoloxía pódense medir mediante reómetros, aparatos que permiten someter o material a diferentes tipos de deformacións controladas e medir as forzas aplicadas ou viceversa. Algunhas das propiedades reolóxicas máis importantes son:
- Viscosidade aparente (relación entre a forza de corte e a velocidade de corte).
- Coeficientes de forzas normais.
- Viscosidade complexa (resposta ante forzas de corte oscilatorio).
- Módulo de almacenamento e módulo de perdas (comportamento viscoelástico lineal).
- Funcións complexas de viscoelasticidade non lineal.
Os estudos teóricos en reoloxía en ocasións empregan modelos microscópicos para explicaren o comportamento dun material. Por exemplo, no estudo de polímeros, estes pódense representar como cadeas de esferas conectadas mediante enlaces ríxidos ou elásticos.
Se nos fixamos no sentido etimolóxico da palabra «reoloxía», poderiamos definilo como "a ciencia do fluxo". A reoloxía describe a deformación dun corpo baixo a influencia de forzas, pero non está limitada aos polímeros, pódese aplicar a todo tipo de material, sólido, líquido ou gas.
Un sólido ideal defórmase elasticamente e a enerxía requirida para a deformación recupérase totalmente cundo se retira a forza aplicada. Mentres que os fluídos ideais se deforman irreversibelmente, flúen, e a enerxía requirida para a deformación disípase no interior do fluído en forma de calor, e non se pode recuperar ao retirar a forza. Pero só uns poucos líquidos se comportan como líquidos ideais; a inmensa maioría deles mostra un comportamento reolóxico que se clasifica nunha rexión intermedia entre os líquidos e os sólidos: son á vez elásticos e viscosos, polo que se denominan «viscoelásticos».
Por outra parte, os sólidos reais poden deformarse irreversibelmente baixo a influencia de forzas de suficiente magnitude; en definitiva, poden fluír.
Nesta clasificación dos comportamentos reolóxicos dos materiais con relación á súa resposta ás forzas aplicadas cómpre introducir un novo parámetro: a escala de tempo na cal se aplica a deformación. Para iso, se define unha nova magnitude que ten en conta o tempo de observación; trátase do número de Deborah:
De = λ/t, onde "λ" é o tempo de relaxación e "t" é o tempo de observación.
Neste sentido, podemos dicir que os sólidos teñen un tempo de relaxación infinito, mentres que no caso dos líquidos, este valor se aproxima a cero; por exemplo, o tempo de relaxación da auga é de 10 a 12 s. Por outra parte, se consideramos procesos de deformación característicos asociados aos típicos tempos de observación, podemos dicir que un número de Deborah grande define un comportamento "tipo sólido" e un número de Deborah pequeno define un comportamento "tipo líquido".
O seguinte exemplo pode axudar a entender o explicado até agora: as vidreiras da catedral de Chartres en Francia fluíron desde que foron fabricadas hai 600 anos. Na época medieval estas vidreiras tiñan un espesor uniforme ao longo de toda a súa lonxitude, pero hoxe en día as moléculas de vidro fluíron por efecto da gravidade, de maneira que o espesor na parte inferior é máis do duplo do espesor na parte superior. O tempo de observación tan grande fai que o número de Deborah sexa pequeno, polo que sólidos como o vidro se poden clasificar como líquidos.
Como conclusión, pódese dicir que substancias como a auga ou o vidro non se poden clasificar como líquidos ou sólidos, senón que, como moito, podemos dicir que teñen un comportamento de líquido ou de sólido baixo unhas determinadas condicións de forza, deformación ou tempo.
Resposta dos materiais
[editar | editar a fonte]
Para unhas condicións dadas de presión e temperatura, o material responde á aplicación dunha forza:
- primeiro cunha deformación elástica (reversíbel, cuxo traballo se acumula en forma de enerxía potencial) que é directamente proporcional á forza aplicada,
- despois, cunha deformación plástica (irreversíbel, que se disipa en forma de calor), que crece máis á présa que a forza, e
- por último, cunha deformación ríxida (rotura) que, a diferenza das anteriores, rompe a continuidade orixinal do material.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ James Freeman Steffe (1 January 1996). Rheological Methods in Food Process Engineering. Freeman Press. ISBN 978-0-9632036-1-8.
- ↑ "The Deborah Number". Arquivado dende o orixinal o 13-04-2011. Consultado o 19-08-2019.
- ↑ Barnes, Jonathan (1982). The presocratic philosophers. ISBN 978-0-415-05079-1.
- ↑ Beris, A. N.; Giacomin, A. J. (2014). "πάντα ῥεῖ: Todo flúe". Applied Rheology 24: 52918. doi:10.3933/ApplRheol-24-52918.
- ↑ -logìa en Treccani.
- ↑ rheology no Online Etymology Dictionary.
- ↑ W. R. Schowalter (1978): Mechanics of Non-Newtonian Fluids. Oxford / Frankfurt: Pergamon Press. ISBN 0-0802-1778-8.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Bibliografía
[editar | editar a fonte]- Steffe, J.F. (1996): Rheological Methods in Food Process Engineering. 2nd Edition. East Lansing, Míchigan, USA: Freeman Press. ISBN 0-9632-0361-4.
