Ciencia casera: el líquido que a veces se comporta como un sólido

Aprendimos en el colegio que la materia puede presentarse en tres estados distintos: sólido, líquido y gaseoso. Un mismo material puede adoptar más de uno de estos estados si cambiamos por ejemplo su temperatura: el agua se convierte en hielo si la enfriamos y en vapor si la calentamos. Por lo demás, estos tres estados son distintos y sus propiedades muy diferentes.

Pero existen sustancias que mezclan las propiedades de distintos estados. ¿Es posible, por ejemplo, caminar sobre el agua como si fuese una superficie sólida? No, pero si la mezclamos con harina de maíz, o maicena, lo imposible se hace posible.

La mezcla de agua con maicena da como resultadouna sustancia conocida en inglés como oobleck a raíz de un famoso cuento infantil. En reposo es un líquido espeso y blanco, parecido a la pintura, pero si lo golpeamos con el puño se vuelve tan duro que podemos incluso hacernos un poco de daño en la mano. Si lo maleamos con las manos es una especie de bola viscosa, pero si simplemente lo sostenemos en la palma, gotea entre nuestros dedos como si fuese leche.

Fluidos newtonianos y no newtonianos

Estas peculiaridades provienen de la categoría del oobleck: es un fluido no newtoniano. Pero para entender qué significa esto, conviene empezar por explicar qué es un fluido newtoniano.

El científico británico Isaac Newton fue un sabio multidisciplinar: estudió óptica, matemáticas, astronomía, gravedad y muchas otras áreas. Entre otras, investigó cómo fluyen los líquidos. Descubrió que muchos líquidos, como el agua, fluyen siempre de la misma forma, no importa la presión a la que se sometan. Si golpeas el agua o la haces girar con rapidez, la viscosidad del agua, es decir, lo ligera o pegajosa que sea su consistencia, no cambia.

Agunos de los líquidos más comunes con los que interactuamos cada día, como el agua, la leche o el aceite se comportan de esta manera. Pero hay otros que no, y esos son los que conocemos como fluidos no newtonianos. Su particularidad es que su viscosidad varía dependiendo de la presión que se aplique sobre ellos, aunque puede cambiar de varias formas distintas, algo que se utiliza para clasificarlos.

El kétchup, por citar otra sustancia cotidiana, es un fluido no newtoniano. Cuando está dentro de un bote y en reposo, es espeso, y cuesta que salga por la apertura, pero si se agita, su viscosidad disminuye, se hace más líquido. Lo mismo ocurre con un yogur, o con el suavizante para el pelo. Son líquidos de viscosidad muy alta, pero que solo necesitan un empujón: si se aplica sobre ellos la fuerza suficiente para contrarrestar la fricción interna que los mantiene en ese estado, su viscosidad disminuye.

Más viscoso bajo presión

La mezcla de agua y maicena actúa justo al revés: cuando se le aplica presión se hace más viscoso, y no menos. En los lugares donde se ejerce fuerza, las partículas de la harina se compactan, atrapando moléculas de agua entre ellas, y la mezcla se convierte transitoriamente en un material semisólido. La fuerza puede ser cualquier cosa, desde las vibraciones de un altavoz hasta el peso de una persona caminando sobre ella.

Internet está lleno de vídeos en los que se explica cómo fabricar este mejunje. No tiene mucho misterio: basta con mezclar aproximadamente dos partes de maicena por cada una de agua. También hay multitud de experimentos que se pueden probar con él, desde probar a manosearlo, golpearlo, apretarlo o situarlo sobre un altavoz (como hacían los protagonistas de The Big Bang Theory en este capítulo) hasta llenar un gran barreño y saltar sobre él o el espectacular intento de caminar sobre las aguas.

Pero desde un punto de vista científico, este peculiar fluido no newtoniano también es interesante. Investigadores de materiales se preguntan qué es lo que le da esas propiedades únicas, e intentan desentrañarlas para aprovecharlas a nivel industrial, entre otros para absorber impactos como parte del sistema de seguridad de vehículos o dentro de chalecos antibalas.

A examen en el laboratorio

Científicos de la Universidad de Chicago publicaron en la revista Nature un estudio sobre este tema. Realizaron una serie de experimentos en el laboratorio para desentrañar por qué este material se comporta. Entre otros, golpearon su superficie con una maza y grabaron la reacción con una cámara de alta velocidad, además de medir la fuerza del golpe con un acelerómetro.

Sus resultados sugerían que ante la presión, las partículas de harina se amontonan, formando bajo la maza una columna quasisólida. Según sus cálculos, esta columna tiene la fuerza suficiente como para sostener a una persona, pero solo si esta se mueve con rapidez suficiente. Si se para, deja de aplicar fuerza y entonces la sustancia recupera su estado líquido.

Lo mismo ocurre al malearla con las manos y al golpearla con un puño: la mezcla se solidifica mientras seguimos aplicando la fuerza suficiente, pero al desaparecer ésta, vuelve a su estado viscoso pero líquido.

Si tienen ustedes niños en casa, o simplemente una aguda curiosidad científica, no dejen de probar a fabricar y cacharrear con este mejunje. Su comportamiento les sorprenderá.