Esferas de impacto: de gotas líquidas a cuentas elásticas

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos
• Reología
• Ciencia de materiales

Sus antecedentes:

• Las gotas de líquido se extienden, se retraen y saltan al impactar.
• Los sólidos elásticos se deforman ligeramente y rebotan.
• Las fuerzas de impacto se describen mediante las teorías de Wagner (líquidos) y Hertz (sólidos).

Objetivo del estudio:

• Unir la brecha entre las teorías de impacto de líquidos y sólidos utilizando materiales viscoelásticos.
• Cuantificar la influencia del número de elasticidad (El) y el número de Weissenberg (Wi) en las fuerzas de impacto.
• Establecer un marco unificado para la transición de líquido a elástico.

Principales métodos:

• Simulaciones numéricas directas de una esfera viscoelástica impactando una superficie rígida.
• Análisis de las fuerzas de impacto en parámetros variables de elasticidad (El) y tiempo de relajación (Wi).
• Investigación de tres regímenes de impacto: dominado por capilaridad, escala de Wagner y escala de Hertz.

Principales resultados:

• Se recupera el comportamiento del líquido newtoniano a bajo El o bajo Wi.
• Emerge el comportamiento elástico-sólido a alto Wi y alto El.
• Se observa una transición suave de la escala de Wagner a la de Hertz en el límite de memoria elástica.
• Se observa un cambio continuo de materiales sin memoria a memoria permanente con el aumento de Wi.

Conclusiones:

• El estudio proporciona un marco unificado para comprender la dinámica de impacto en comportamientos líquidos y sólidos.
• Los hallazgos ofrecen información sobre el control de las fuerzas de impacto y las transiciones en sistemas viscoelásticos.
• Esta investigación une las teorías clásicas de mecánica de fluidos y sólidos para fenómenos de impacto.