¿Qué es la viscoelasticidad?

La viscoelasticidad es la disciplina que busca explicar tanto el comportamiento elástico como viscoso de los materiales. La deformación elástica se puede ver en la forma en que se comporta una banda elástica, aunque los metales y otros materiales se comportan de una manera fundamentalmente similar. La viscosidad se refiere a la fuerza con la que los fluidos resisten los cambios rápidos de forma; la miel , por ejemplo, es muy viscosa porque tiende a deformarse lentamente. Todos los materiales muestran algunos efectos elásticos y viscosos al cambiar de forma.

La viscoelasticidad se puede comprender observando el movimiento de la miel.

La viscoelasticidad es fundamentalmente una reordenación de moléculas en una sustancia. Para pequeñas deformaciones de metales, a menudo se pueden ignorar los efectos viscoelásticos. Los metales, las maderas, los plásticos y los tejidos biológicos de alta temperatura generalmente muestran propiedades viscoelásticas significativas que no pueden pasarse por alto.

El físico James Clerk Maxwell inventó un modelo para describir la viscoelasticidad.

Además de las gomas, el comportamiento elástico también se demuestra en los resortes. Cuanto más se comprime un resorte, más fuerza se requiere para mantenerlo allí. Los resortes se denominan lineales si duplicar la cantidad de compresión requerirá el doble de fuerza. Si bien puede que no sea perceptible a simple vista, los metales se comprimen o estiran linealmente cuando se les aplican fuerzas. Los materiales elásticos vuelven rápidamente a sus tamaños originales cuando se eliminan todas las fuerzas.

El comportamiento puramente viscoso puede entenderse en la forma en que la miel responde al estrés de la gravedad . La miel se puede verter de un frasco, pero se mueve muy lentamente. Esto se debe a que las tensiones internas entre moléculas aumentan con la velocidad relativa entre moléculas. Un movimiento más rápido de moléculas se encuentra con una mayor resistencia a ese movimiento. Los materiales viscosos exhiben una respuesta a la deformación dependiente del tiempo.

James Clerk Maxwell, un físico y matemático escocés , ideó un modelo para describir el fenómeno de la viscoelasticidad. Utiliza un resorte para efectos elásticos y un dashpot, o dispositivo que resiste el movimiento en función de su velocidad, para efectos viscosos. El sistema de suspensión de un automóvil usa este mismo proceso usando amortiguadores como los dashpots. Las grandes deformaciones en el sistema son resistidas por los resortes, mientras que los cambios rápidos en la deformación son resistidos por los dashpots. La viscoelasticidad también se modela comúnmente usando circuitos eléctricos.

Otras partes de la viscoelasticidad son los efectos del deslizamiento y la relajación del estrés. La fluencia es cuando un material tiende a combarse o deformarse lentamente cuando se somete a una fuerza durante mucho tiempo. Los ingenieros deben tener en cuenta la fluencia al diseñar edificios, ya que la fluencia puede hacer que los materiales se debiliten hasta el punto de romperse. Un efecto relacionado, el fenómeno de relajación de la tensión, se refiere a una reducción de la tensión interna de un material mantenido en una forma particular.