Exactas y Naturales

Lodo Mágico multicolor

  • Categoría: Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)
  • Área de participación: Exactas y Naturales
  • Asesor: VERÓNICA PADILLA
  • Autor: Itzae Ceron Matamoros ()

Resumen

El presente trabajo de investigación pretende mostrar cómo se elabora y comporta un fluido no Newtoniano de forma sencilla y divertida, de tal forma que se demuestre que su consistencia muy densa, al tocarlo de manera lenta se traspasa  sin problema, pues se comporta como un líquido normal, sin embargo, al aplicar una fuerza de forma muy rápida no se puede traspasar como se hace con el líquido, y más aún, puede verse este fluido No-Newtoniano de forma dura. Además, se muestra algunas combinaciones de color y brillantez.

Pregunta de Investigación

¿Cómo mostrar el comportamiento de un fluido no newtoniano, de manera sencilla y divertida?

Planteamiento del Problema

Mostrar como con una masa espesa y pegajosa, se puede jugar con líquidos y sólidos al mismo tiempo.

Antecedentes

El científico británico Isaac Newton fue un sabio multidisciplinario: 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.

Newton describió cómo se comportan los líquidos o fluidos normales y también realizó una serie de observaciones de los flujos que tienen una viscosidad[1] o un flujo constante. Esto significa que el comportamiento de flujo o viscosidad solo cambia con los cambios de temperatura o presión. Normalmente, los líquidos toman la forma del recipiente donde se vierten son conocidos con el nombre de fluidos newtonianos o líquidos normales. Pero no todos los fluidos que observamos siguen esta regla. Llamamos a estos entonces líquidos extraños o fluidos no newtonianos.

Un fluido no newtoniano es una sustancia de composición homogénea que sufre deformaciones de forma continua en el tiempo en el que se le aplica una tensión o fuerza, sin importar la magnitud de la misma, es una sustancia que no tiene una forma propia y que adopta la del recipiente que la contiene.

Los fluidos no newtonianos cambian su viscosidad o comportamiento de flujo cuando se encuentra bajo algún tipo de estrés. Si se aplica una fuerza a esos fluidos, por ejemplo, si los golpeas, los agitas o si saltas sobre ellos, la aplicación repentina de este tipo de fuerza o estrés puede hacer que se vuelvan más gruesos y actúen como un sólido, o en algunos casos resulta en un comportamiento opuesto y pueden volverse más veloces de lo que eran antes. En el momento en que se elimine la tensión que se ha ejercido sobre ellos, los fluidos volverán a su estado anterior.

Características del fluido no newtoniano 

Las principales características de un fluido no newtoniano son las siguientes.

  • Es una sustancia de consistencia homogénea.
  • Tiene resistencia a fluir.
  • Los líquidos tienen la capacidad de variar dependiendo de la tensión que se le aplica.
  • No tienen un valor de viscosidad definido o que sea constante.
  • Cuando estos líquidos se encuentran en estado de reposo se comportan como un líquido y cuando se les aplica una fuerza aumentan su viscosidad.
  • La viscosidad de los fluidos no newtonianos depende totalmente del tiempo.

El uso e interés científico de un fluido no newtoniano

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.

Se ha propuesto el uso de los fluidos no newtonianos para rellenar los baches que podemos encontrar en las carreteras y así lograr solucionar el problema de forma parcial.  Esto porque estas sustancias tienen la peculiaridad y capacidad de variar su viscosidad dependiendo de las diferentes condiciones a las que se expongan, como la temperatura o el esfuerzo al que se somete.

Una de las ventajas de esta idea es que se puede ser de acción rápida para tapar los baches, pues simplemente se debe de vaciar el fluido en el hueco para taparlo.

El kevlar[2] ha sido la elección principal para crear chalecos antibalas durante las últimas décadas, pero eso puede llegar a su fin, pues se ha demostrado que esta protección tendría más efectos si se realizara con fluidos no newtonianos a prueba de balas. Esto sucede porque los fluidos no newtonianos tienen la asombrosa capacidad de lograr cambiar su viscosidad dependiendo de la tensión superficial que se aplique sobre ellos.

   

 

Clasificación de los fluidos no newtonianos

Fluidos no newtonianos independientes del tiempo: Este tipo de fluido no newtoniano se subdivide a su vez en dos grupos: los que tienen umbral y los que no tienen umbral. Cuando hablamos de umbral nos referimos a la necesidad mínima de valor de esfuerzo cortante que tienen estos fluidos para lograr ponerse en movimiento, por lo tanto, tiene una viscosidad que a cualquier tensión de corte no varía con el tiempo.

Viscosidad del fluido no newtoniano 

La viscosidad de los fluidos no newtonianos es el tipo de viscosidad que puede llegar a variar con la temperatura y con la presión, pero no lo hace por medio de la variación de la velocidad

 

Temperatura

En los fluidos no newtonianos, la temperatura es la encargada de hacer variaciones en la viscosidad de los fluidos.

 

Los colores utilizados

El color ha existido desde el origen del universo, pero no siempre se ha pensado y opinado lo mismo sobre él, sobre su origen o sobre su composición.

El color  produce muchas sensaciones, sentimientos, diferentes estados de ánimo, nos transmite mensajes, nos expresa valores, situaciones y sin embargo… no existe más allá de la percepción visual.

El color ha sido estudiado, por científicos, físicos, filósofos y artistas. Cada uno en su campo llegó a diversas conclusiones que, en ocasiones, fueron buenos puntos de partida para posteriores estudios y para todo lo que hoy se sabe del color.

La primer teoría fue del filósofo Aristóteles (384 – 322 AC) sentenció que todos los colores se forman con la mezcla de cuatro colores. Estos colores, que denominó como básicos, eran los de tierra, el fuego, el agua y el cielo. Además otorgó un papel fundamental a la incidencia de luz sobre los mismos.

Siglos más tarde, Leonardo Da Vinci (1452-1519) definió al color como propio de la materia. Confeccionó una escala de colores básicos: primero el blanco como el principal ya que permite recibir a todos los demás colores, después el amarillo para la tierra, verde para el agua, azul para el cielo, rojo para el fuego. Por último, el negro para la oscuridad, ya que es el color que priva de todos a los otros. Con la mezcla de estos colores obtenía todos los demás, aunque también observó que el verde también surgía de una mezcla.

Finalmente fue Isaac Newton (1642-1519) quien estableció un principio hasta hoy aceptado: la luz es color. En 1665 Newton descubrió que la luz del sol al pasar a través de un prisma, se dividía en varios colores. Esto no es, ni más ni menos, que la descomposición de la luz en los colores del espectro.

Estos colores son el azul violáceo, el azul celeste, el verde, el amarillo, el rojo anaranjado y el rojo púrpura. Este fenómeno se puede contemplar con mucha frecuencia, cuando la luz se refracta en el borde de un cristal o de un plástico.

También, cuando llueve y algunos rayos de sol atraviesan las nubes, las gotas de agua cumplen la misma función que el prisma de Newton y descomponen la luz produciendo lo que llamamos Arcoíris.

Así es como observa que la luz natural está formada por luces de seis colores. Cuando incide sobre un elemento absorbe algunos de esos colores y refleja otros. Con esta observación dio lugar al siguiente principio: todos los cuerpos opacos al ser iluminados reflejan todos o parte de los componentes de la luz que reciben.

Por lo tanto cuando vemos una superficie roja, realmente estamos viendo una superficie de un material que contiene un pigmento el cual absorbe todas las ondas electromagnéticas que contiene la luz blanca con excepción de la roja, la cual al ser reflejada, es captada por el ojo humano y decodificada por el cerebro como el color denominado rojo.

Para el caso de este experimento, se optó por hacer una variante que la hace más llamativa, un colorante vegetal. Un colorante es una sustancia capaz de teñir fibras vegetales y animales. Los colorantes se han usado desde los tiempos más remotos, empleándose para ello diversas materias procedentes de vegetales, animales así como de distintos minerales.

 

Antiguamente los colorantes utilizados eran rojos, azules y amarillos. Los rojos provenían de las raíces y de un insecto conocido como cochinilla. Los azules obtenidos de hojas de plantas Indigofera y de una papa negra que crece en el altiplano. Finalmente los amarillos se obtienen de los vegetales como el árbol de pimiento, el arbusto de chilca, el nogal, la tara, la raiz de ratania, la cúrcuma y el azafrán.

Es muy probable que se emplearan los colorantes alimentarios de forma artificial antes de las referencias documentales que poseemos al respecto. La industria alimentaria pudo haber sentido la atracción por el uso de colorantes cuando se publicaron los trabajos de Sir William Henry Perkin en el año 1856. Previo a estas investigaciones la estabilidad de los colorantes y su empleo eran completamente ineficientes. En 1886 el Congreso de los Estados Unidos aprobó el uso de colorantes amarillos en la elaboración de la mantequilla y ya en 1900 muchos alimentos poseían colorantes. En 1912 el investigador alemán Bernard C. Hesse publica una serie de trabajos en los que recomienda el uso de colorantes en la industria alimentaria siempre que éstos no dañen la salud. Por aquel entonces la industria ya disponía de medio millar de diferentes compuestos químicos denominados colorantes artificiales muchos países tienen de otro tipo como por ejemplo Estados Unidos tiene en gel, en aerosol y muchas cosas más.

 

La maizena

La maizena es la fécula o almidón, asimismo llamada en España harina fina de maíz; aunque la definición correcta es harina de fécula de maíz, ya que solo se extrae de esa parte del grano y no del endospermo.

También se escribe maizena o maizina, que son marcas vulgarizadas (es decir, marcas que pasaron al uso común).

La maizena se utiliza como harina para hacer pan, pastas, bizcochos, bases de pizza, etc. y como espesante para sopas, chocolate caliente, crema pastelera, helados, entre otros. Fue registrada como marca comercial en el año 1856 y adquirida por Corn Products Refining Co. en el año 1900. Maizena se comercializa en todo el mundo y se convirtió en referente del almidón de maíz.

La diamantina

La brillantina, escarcha, purpurina o diamantina es una variedad muy pequeña (cerca de 1 mm²) de pedazos de plásticos copolimerizados, hojas de aluminio, dióxido de titanio, óxidos de hierro, oxicloreto de bismuto u otros materiales pintados con el metal, colores de neón y colores iridiscentes para reflejar la luz en un espectro de espumantes.

El trabajo de la presente investigación fue resultado de diversas consultas, principalmente digital, sin embargo, algunos de los términos o procesos científicos fueron recabados de material bibliográfico.

 

 

[1] Consistencia espesa y pegajosa de una cosa.

[2] El Kevlar es una poliamida sintetizada por Stephanie Kwolek, una química de la firma DuPont, en 1965. Sus fibras consisten en largas cadenas de poliparafenileno tereftalamida, molécula que soporta altas temperaturas con la que se puede construir equipos ligeros, resistentes -5 veces más fuerte que el acero- y a los que no les afecta la corrosión.

Objetivo

Demostrar a la comunidad Zamá como hacer un fluido no newtoniano.

Justificación

Este tema nos gustó porque podemos hacer nuestro propio lodo sin que mamá se enoje, pues es un lodo que tiene colores y es divertido.

Hipótesis

Si aprendemos a hacer un lodo mágico multicolor, entonces la comunidad Zamá se interesará en saber más sobre los fluidos no newtonianos.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

Procedimiento

Para la realización del lodo mágico multicolor se utilizaron diversos materiales que permitieron obtener un fluido no newtoniano.

Paso 1. Abrir paquetes de maizena.

Paso 2. Introducir en un recipiente amplio para poder mezclar con facilidad, la cantidad de maizena que se quiera preparar. En este caso se introdujo la maizena que cubren 2 botes de un litro.

Paso 3. Vaciar un bote (de un litro) de agua en el recipiente de plástico y amplio para poder revolver la mezcla.

Paso 4. Mezclar todos los materiales consistentemente hasta hacer una masa viscosa y pegagosa.

Una variante para los fluidos no newtonianos es agregar color, en este caso se recomienda pintura vegetal comestible y solo unas gotas o bien diamantina del color deseado.

Paso 5. Colocar unas gotas de pintura vegetal en la mezcla blanca o diamantina.

Paso 6. Mezclar nuevamente consistentemente.

 

Galería Método


Resultados

Los resultados fueron los esperados, a pesar de nuestra corta edad, comprendimos la forma de mezclar sustancias para hacer una masa multicolor que nos divirtió hacerla pero también conocer de manera algo que hasta es difícil de decirlo para nosotros: fluidos no newtonianos.

La masa que se elaboró tuvo tintes rojo, verde y de brillantitos (pero muy importante es que deben ser solo unas gotas de tinta, a nuestros papás les costó mucho quitarnos el color de las manos y la ropa), al momento de mezclarla era muy difícil para nuestras manitas, así que un adulto nos ayudó, una vez que la mezcla ya estaba casi lista, los integrantes del equipo comenzamos a mezclarla, pero aún estaba muy dura.

Observamos que si mezclamos muy fuerte (como siempre queremos hacer las cosas muy rápido y jugar) la masa se hacía muy dura, difícil de moldear. Pero, al momento de mezclarla lentamente, la masa chistosamente, se hacía blandita y podíamos mezclarla un poco más fácil.

También, vimos que al hacer bolita esta masa se hacía dura, pero al momento de dejarla de hacer bolita, la masa se derretía entre nuestros dedos. ¿Cuál es la explicación lógica para nuestra edad?, bueno eso lo veremos en las conclusiones de este trabajo de investigación.

Galería Resultados


Discusión

Conclusiones

Concluimos de este experimento que nos divertimos mucho haciendo la mezcla (nuestros papás no tanto al momento de limpiarnos). Un fluido no newtoniano, tiene  viscosidad, que es que tan espesa y pegajosa  es una masa. Entre más fuerte, más dura se pone la masa, y menos fuerza se derrite. Un fluido no newtoniano puede ser líquido y sólido dependiendo de la fuerza que le demos.

Bibliografía



Lodo Mágico multicolor

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography




Ediciones anteriores