viscosidad

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.

El ala de un avión, como un esquiador en un trampolín, recuerda su aceleración. Si cambias bruscamente el ángulo de ataque, la sustentación no alcanza de inmediato su nuevo valor. Crece gradualmente, como si el ala no estuviera segura de que la maniobra va en serio. Este efecto fue descubierto por el ingeniero Herbert Wagner en 1925.

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.

Dos láminas de mica, lisas como espejos, se aproximan lentamente en una disolución de calcio. A una distancia de cincuenta nanómetros, entre ellas aparece de repente una barrera invisible: como si alguien hubiera tendido una telaraña de moléculas entre las paredes.

El agua confinada entre dos cilindros, cuando el interno gira, primero fluye en capas uniformes. Pero en cuanto la velocidad supera cierto límite, las capas se pliegan en anillos, como una pila de rosquillas. Los físicos llaman a esto vórtices de Taylor: el flujo pierde estabilidad y aparece un patrón regular.

El agua confinada entre dos cilindros, cuando el interno gira, primero fluye en capas uniformes. Pero en cuanto la velocidad supera cierto límite, las capas se pliegan en anillos, como una pila de rosquillas. Los físicos llaman a esto vórtices de Taylor: el flujo pierde estabilidad y aparece un patrón regular.

La temporada de baño se abre cuando el agua parece tolerable. Pero cada uno tiene su umbral: uno tiembla a veinte grados, otro nada tranquilamente a quince. Los científicos decidieron averiguar de dónde viene esta diferencia. Compararon el cuerpo del nadador con una casa que intenta conservar el calor mientras afuera sopla un viento frío.

Una gota de aceite en agua es como una pelota en medio de una multitud. Si la multitud es escasa, las pelotas se mueven con libertad. Pero si hay mucha gente, cada uno queda apretado por los vecinos y toda la masa se comporta como un solo cuerpo. Así funciona más o menos una emulsión: una mezcla donde las gotas de aceite flotan en agua o viceversa.

La construcción espacial hoy en día es un costoso trajín con piezas prefabricadas: cada panel debe subirse desde la Tierra y luego ensamblarse en ingravidez, como un juguete de construcción con guantes gruesos. Los ingenieros del nuevo estudio proponen otro camino: ni transportar ni imprimir, sino dejar que el líquido modele la estructura por sí mismo.

Una bolita rueda por un canal. ¿Qué forma debe tener el canal para que la bajada tome el menor tiempo posible? Hace tres siglos, la respuesta era la cicloide, una curva parecida al arco de un puente invertido. Pero si sumergimos el canal en un líquido espeso, todo cambia: el líquido frena la bolita y el camino más rápido se vuelve otro.

Las briznas de hierba en un arroyo se mecen individualmente, pero si crecen varias juntas, pueden doblarse como una sola. Algo así hicieron las placas flexibles en un nuevo experimento con un fluido que cambia su espesor al fluir. Los científicos sumergieron en el fluido filas de placas flexibles — de una a tres — y observaron la estela que dejaban, similar a una cola.

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.

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.

Cuando un anticuerpo encuentra un virus, no se aferra a él con un único agarre mortal. Más bien, se parece a dos racimos de uvas que ruedan en el agua y se enganchan entre sí con decenas de zarcillos cortos. Cada zarcillo por sí solo es débil: se rompe fácilmente por el temblor térmico de las moléculas de agua, pero juntos sujetan con firmeza.

Por la noche, cuando caemos en un sueño profundo sin sueños, comienza una marea en lo profundo del cerebro. Cada latido del corazón y cada respiración envían suaves impulsos a través de las cavidades llenas de líquido (los ventrículos). Durante el día, estos impulsos son tímidos y monótonos: el líquido chapotea de un lado a otro casi en el mismo lugar.

Dos trozos de papel de lija están firmemente presionados uno contra el otro. En cuanto se empiezan a deslizar, primero se enganchan por sus asperezas y luego resbalan bruscamente. Más o menos así se comporta una falla terrestre durante un terremoto. Pero hay un detalle importante: ¿cuánto hay que desplazar los bordes para que el agarre se rompa?

La velocidad de 7,5 kilómetros por segundo es una línea divisoria: a partir de ella, una colisión cósmica convierte los granos de polvo en un reactor químico. En el medio interestelar pululan diminutos granos de polvo cósmico — herencia de estrellas moribundas.

Un sistema estable funciona como una pelota en un cuenco: un empujón y rueda de vuelta al fondo. La dispersión de las posibles trayectorias —la incertidumbre— se comprime con el tiempo. Pero la velocidad depende de la pendiente de las paredes.

El suelo no es una esponja compacta, sino un laberinto de poros de diferentes calibres. Tras la lluvia, el agua no los llena todos a la vez: primero los más estrechos, luego los más anchos. Los físicos han construido una teoría de este proceso basándose en una imagen simple: un conjunto de vasos comunicantes.

Una corriente oceánica de cientos de kilómetros de ancho vive su propia vida, alimentándose de la energía de diminutos remolinos. En la atmósfera ocurre algo parecido: los pequeños torbellinos ceden su fuerza a enormes corrientes de aire. Este proceso, la cascada inversa de energía, se conoce desde hace tiempo.

En la intrincada danza de la turbulencia activa, donde motores invisibles engendran el caos, una gota blanda asume el papel de detective. Su forma no es un mero contorno, sino un sensible cifrado: lee las señales ocultas del entorno.

Cuando los físicos hacen circular electrones por un canal ultrapuro de arseniuro de galio a temperaturas de helio, esperan ver un líquido dócil, casi ideal.

A veces, el agua en una taza caliente se congela más rápido que en una tibia. Esta paradoja tiene más de medio siglo y se llama efecto Mpemba. Por lo general, se atribuye al movimiento del líquido o a la evaporación. Ahora, los físicos han demostrado que un truco similar es posible sin agua, simplemente mediante la emisión de calor.

Un líquido caliente fluye con facilidad: las moléculas se agitan, chocan y encuentran rápidamente un nuevo lugar. Pero basta con sobreenfriarlo y todo cambia. El movimiento casi se congela y la viscosidad se dispara por las nubes. La cuestión principal no es que las partículas sean perezosas, sino hacia dónde pueden moverse. Los autores combinaron dos ideas conocidas.

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.

Una piedra cae en un estanque y los círculos se expanden por igual en todas direcciones. Pero hay medios donde la onda parece saber hacia dónde girar: como agua que gira solo en el sentido de las agujas del reloj.

Si se comprime agua entre dos cristales de modo que solo quepan dos capas de moléculas, se convierte en algo intermedio entre líquido y hielo. A temperatura ambiente, las moléculas en esa trampa aún se mueven, pero ya se alinean formando una especie de red cristalina.

Un tobogán con tres huecos: el más profundo es la posición estable de la canica, el del medio es inestable. Un pequeño empujón y la canica rueda hacia abajo. Sin embargo, una vibración constante con la intensidad adecuada puede mantenerla en el hueco del medio durante mucho tiempo.

Imagina dos líquidos inmiscibles, por ejemplo aceite y agua. En condiciones normales, tienden a separarse formando una interfaz nítida. Pero introduce nadadores microscópicos — bacterias, cuya base es el carbono — y el panorama cambia drásticamente.

El hielo común, a temperaturas muy bajas y altas presiones, no se derrite, sino que se transforma en otra sustancia sólida: igualmente amorfa (sin forma), pero mucho más densa. Durante mucho tiempo, nadie pudo entender qué sucede exactamente en el momento en que el hielo de baja densidad comienza a volverse denso.

Un cilindro de acero que ha contenido hidrógeno durante mucho tiempo a veces se rompe no por los límites de grano habituales, sino directamente a través de los granos cristalinos, dejando un patrón extraño: como si la grieta hubiera elegido un camino equivocado. Durante mucho tiempo se observó esto y se preguntaron: ¿por qué ocurre así?

Millones de cilios —finos pelillos— trabajan dentro de los diminutos conductos de nuestro cuerpo. Laten de forma coordinada, como los remos de una galera, y empujan moco o líquido viscoso. Los autores del nuevo estudio propusieron ver el tapiz ciliar como un medio poroso activo: algo así como una esponja que se comprime y se expande por sí misma, impulsando el agua.

Una gota de miel se extiende lentamente sobre la mesa; el agua, rápido. La resistencia al flujo, la viscosidad, es diferente para cada líquido. Pero, ¿y si la viscosidad cambia sobre la marcha, a medida que la sustancia se comprime o se expande?

Una gota de aceite en un vaso de agua se agrupa formando una esfera. Dentro de una célula viva ocurre una separación similar, solo que en lugar de aceite, las proteínas y los ácidos nucleicos forman gotas densas: los condensados.

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 gota de champú espeso cae al agua y se congela en una hebra caprichosa. Un fluido que a la vez fluye y se estira como un resorte se llama viscoelástico. En él, las partículas diminutas bajo la acción de los ultrasonidos se comportan de manera muy distinta que en el agua.

Al exprimir el kétchup de la botella, luchas contra su terquedad: primero se queda quieto, luego sale disparado de golpe. Es un carácter no newtoniano típico: la resistencia al flujo cambia según la fuerza con la que aprietas. Pero los autores del nuevo estudio han encontrado la manera de eliminar casi por completo esa resistencia.

La célula se arrastra sobre un gel, a veces viscoso, a veces elástico, y decide por sí misma cuándo acelerar. No se limita a deslizarse: su motor químico interno (el ruido en la expresión génica puede influir en la producción de "combustible") empuja el borde frontal, mientras que la cola se despega del soporte.

Un trombo en un vaso sanguíneo es como un tapón atascado en una tubería estrecha. Los medicamentos habituales lo disuelven lentamente, como el agua caliente disuelve un terrón de azúcar. Pero mientras el fármaco actúa, el tapón puede desplazarse y obstruir por completo el flujo sanguíneo. El nuevo enfoque funciona de otra manera.

Si no se remueve un cóctel con capas, el jarabe pesado se va al fondo. Un planeta joven es como un océano burbujeante de roca incandescente. Al enfriarse, los minerales cristalizan: algunos, como el hierro, se vuelven pesados y se hunden, otros flotan. Parecería que cerca del núcleo debería acumularse una capa densa.