cizalladura

Un charco de barro que se seca se cubre de grietas, como un cuadro antiguo lleno de craquelado. Al principio las grietas se encuentran casi en ángulo recto y forman una red tosca. Pero si el barro se vuelve a mojar y se deja secar, el dibujo cambia: las grietas empiezan a encontrarse de tres en tres, con un ángulo de 120 grados, como los panales de las abejas.

En 1934 Jean Leray demostró que las ecuaciones de Navier–Stokes siempre tienen soluciones «en sentido generalizado». Si la solución sigue suave o puede romperse en una singularidad, no lo supo, y nadie lo supo en noventa años. En 2000 el Instituto Clay incluyó la pregunta entre sus siete problemas del Milenio.

Una hoja de papel se rasga donde la tensión supera su resistencia. El epitelio, la capa de células que recubre nuestros órganos, se comporta de manera similar, pero hasta hace poco los modelos no podían mostrar cómo aparecen las roturas en él.

Un lago en sequía no se vacía de inmediato. Primero aparecen en la superficie islotes de tierra firme, que se expanden, se fusionan, y solo después el agua abandona el lecho expuesto. De manera similar se comporta un cristal de mirabilita cuando pierde agua: en su superficie aparecen manchas circulares de sal anhidra que crecen en anchura y luego comienzan a profundizarse.

Una gota de lluvia cae sobre el vidrio y se aplasta como una tortita. Añade un poco de polímero al agua: se vuelve elástica, como gelatina. Uno pensaría que esa gelatina se extendería de otra manera.

En 1915, Альберт Эйнштейн y Wander Johannes de Haas demostraron que al magnetizar una barra de hierro, esta gira ligeramente: el momento angular de los electrones se transfiere a la red cristalina.

Una capa viva de células se asemeja a una multitud en una escalera mecánica. En estado de calma, todos se mueven con fluidez, pero en cuanto surge un apretón, el movimiento se detiene. Así, las capas celulares bajo carga pueden endurecerse repentinamente, transformándose de una masa maleable en un armazón elástico.

Un trozo de plastilina, si se amasa, se comporta como un sólido amorfo: ni cristal ni líquido. Dentro de ese material pueden ocurrir avalanchas: una pequeña reorganización arrastra a las vecinas y la onda recorre toda la muestra.

Una fina capa de aceite sobre la superficie del agua se rompe en gotas con el más mínimo empujón. Algo parecido ocurre en el viento de púlsar — el flujo de partículas que expulsa una estrella de neutrones de rápida rotación. En este flujo también hay capas de plasma que pueden descomponerse en grumos — islas magnéticas.

Si echas un cubito de hielo en un vaso de agua, flotará hasta que se derrita. Pero si enfrías el agua lentamente, en algún momento se congela toda de golpe: es una transición de fase de primer orden, abrupta, con un límite bien definido. Y hay otra forma: al calentar un imán, este pierde sus propiedades no de un salto, sino gradualmente, sin un umbral visible.

Dos hojas de papel apiladas, al calentarse, comienzan a deslizarse imperceptiblemente una sobre otra. Algo así ocurre con las capas de disulfuro de molibdeno, un material de un átomo de espesor. A temperatura ambiente, se deslizan espontáneamente a una velocidad de aproximadamente un metro por segundo.

Cuando se estira un trozo de metal, este cambia de forma y, a la vez, se vuelve más resistente. El secreto está en unos diminutos defectos de la red cristalina llamados dislocaciones. Son como arrugas en una alfombra: si mueves la arruga, la alfombra se desplaza más fácilmente que si tiras de toda la alfombra de una vez.

Una hoja plana con cortes en un flujo de agua o aire se comporta como persianas autoajustables. La presión abre las rendijas y cada tira de material se inclina, convirtiéndose en un ala en miniatura. Así, incluso una hoja colocada perpendicular al flujo genera no solo resistencia frontal, sino también una fuerza de sustentación lateral significativa.

Una gota de aceite en agua, cubierta de moléculas de jabón, no se comporta como una gota desnuda. Las moléculas de jabón son como pequeñas varillas: un extremo ama el agua, el otro ama el aceite. En un líquido en reposo, se colocan en la superficie como una empalizada y reducen la tensión superficial, esa fuerza que contrae la gota hasta convertirla en una esfera.

La película lagrimal del ojo es una capa finísima de líquido que protege la córnea y mantiene la nitidez de la visión. Normalmente se la representa como una superficie perfectamente lisa, pero la córnea real, incluso la sana, está cubierta de irregularidades microscópicas.

Una gota de lluvia, al caer al suelo, golpea con cierta fuerza. Pero, ¿y si la gota no es redonda, sino alargada como un cigarro, o achatada como una tortita? Resulta que la forma de la gota lo decide todo: la fuerza del impacto puede variar más de diez veces solo por cómo se ve la gota en el momento de caer.

El agua en las profundidades de la Tierra está comprimida más de mil veces en comparación con la superficie. Incluso allí sigue fluyendo, pero su estructura interna cambia.

Una moneda girando sobre una mesa es una imagen que todos conocemos. Primero gira rápido, luego se inclina y su golpeteo se vuelve cada vez más frecuente. En los últimos segundos parece suspenderse: la rotación se ralentiza, pero la moneda no termina de caer. Ese momento final es un verdadero enigma para los físicos.

Un trozo de masa, si se estira hacia los lados, no se estira de manera uniforme: en un punto se adelgaza y se rompe. El tejido vivo se comporta de manera similar, pero en lugar de una ruptura aparecen bandas de cizallamiento: zonas estrechas donde las células comienzan a deslizarse unas sobre otras, como las cartas de una baraja al cortarlas.

Las células en la superficie del embrión se asemejan a granos de arroz que pueden alinearse en una misma dirección. Este orden se denomina nemático. Surge cuando las células comienzan a actuar de manera coordinada, como un banco de peces que nada en una sola dirección.

La capa de células que recubre los órganos internos se parece a una fila en el metro abarrotado: todos están apretados, pero a veces la multitud empieza a fluir y la gente se desliza unos entre otros. Los biólogos llaman a este comportamiento una transición de un estado sólido y atascado a uno fluido.

La vejiga urinaria se parece a un globo: mientras se llena, la pared se estira y la forma cambia. Los médicos suelen controlar la presión interna y la cantidad de líquido que entra, pero casi no prestan atención a la geometría en sí: cómo se curva exactamente la superficie.

Cuando dos placas de la corteza terrestre rozan entre sí, entre ellas queda una capa de roca pulverizada, como arena entre las palmas de las manos. Esta capa, que los geólogos llaman arcilla de falla, no se comporta como roca sólida, sino como una pasta espesa: puede compactarse, expandirse y deslizarse.

Un cilindro romo volando a seis veces la velocidad del sonido no es el objeto más elegante, pero se ha convertido en el protagonista de un nuevo cálculo. La superficie de un vehículo así nunca es perfectamente lisa: al entrar en la atmósfera, el escudo térmico se quema y aparecen protuberancias y hendiduras.

La bacteria nada como un pequeño bote con hélice. Solo que su hélice es un flagelo largo que gira y empuja el cuerpo hacia adelante. Pero el cuerpo no avanza en línea recta: se balancea como un corcho en las olas. Ese balanceo no es casualidad, sino parte de la mecánica del movimiento. Hasta ahora, estos balanceos se estudiaban en aguas tranquilas.

La telaraña no es solo una red pegajosa, sino un instrumento delicado que reacciona al clima. Cuando el aire se vuelve húmedo, los hilos de seda de araña se acortan y, al mismo tiempo, se retuercen, como una toalla mojada que se escurre por ambos extremos. Antes se creía que el hilo se retorcía porque las proteínas en su interior estaban dispuestas en espiral.

Una gota de una mezcla espesa de almidón de maíz y agua cae sobre una mesa. Normalmente, una mezcla así se endurece al instante ante un impacto brusco; incluso se puede correr sobre ella si se llena una piscina. Pero en este experimento todo fue diferente.

Golpea el fondo de una lata de conservas: se hundirá hacia adentro y se quedará así. Vuelve a presionar: se abombará hacia afuera. Esto es bistabilidad: un sistema con dos estados estables, como un interruptor de luz. Un arco elástico es el ejemplo más simple de este tipo de sistema.

Un hilo fino en una corriente de agua es como un cabello en el chorro de la ducha. Si el agua se agita de un lado a otro, el cabello se estira con la corriente o se arruga. Los científicos tomaron hilos proteicos reales (actina, de la que están hechos los músculos) y los colocaron en un canal microscópico donde el líquido oscilaba a diferentes frecuencias.

En el cristal de diamante hay grietas invisibles: las dislocaciones. Son lugares donde las filas de átomos están desplazadas, como si en una pila de papel se hubiera sacado una hoja a medias. Alrededor de estos lugares se genera tensión, y esta afecta a cómo el material se rompe, se dobla o conduce la electricidad.

El Universo temprano estaba lejos de ser perfecto: algunas regiones se estiraban más rápido que otras, creando pliegues y distorsiones. Pero el rebote cuántico —la transición de contracción a expansión, causada por las leyes del micromundo— lo corrige todo.

Una gota de agua cae sobre una hoja de loto y rebota sin dejar rastro. Esta maravilla de autolimpieza ha sido perfeccionada por la naturaleza durante millones de años, y los ingenieros llevan mucho tiempo intentando reproducirla. Pero si la gota golpea demasiado rápido, se deshace en salpicaduras, pierde masa y deja manchas húmedas en la superficie.