De petit, per alguna raó segurament infundada per la cultura popular de les sèries i el cinema, vaig pensar que les arenes movedisses serien molt més importants a la vida del que han acabat sent. Avui, intento explicar-vos aquest fenomen de la natura mitjançant una breu classe de física: parlem dels fluids no newtonians!

Una mica de context

Situem-nos al segle XVII, a l’Anglaterra posterior a la guerra civil que va portar Oliver Cromwell al poder de la nació. Aquell any, el jove Isaac Newton faria 11 anys i poc li faltaria perquè comencés a fer tota una revolució científica en el camp de les matemàtiques i la física. D’entre totes les coses que podem celebrar d’aquest personatge, avui en prendrem una de menys coneguda: les lleis de la viscositat.

En major o menor mesura, tots hem estat en contacte amb alguna substància viscosa al llarg de la nostra vida, però pot ser que ens costi de descriure aquesta propietat. Per posar-hi paraules, la viscositat és la resistència que presenta un fluid a l’hora de circular. A casa mateix podem veure que el quètxup és més viscós que l’aigua, però menys que la mel.

Una taza de vino

Descripción generada automáticamente con confianza media
1. La mel és un fluid amb una viscositat superior a d’altres substàncies com l’aigua.

Els fluids newtonians

Tornant a Newton, el que va descriure el nostre estimat Sir va ser un seguit de lleis sobre la viscositat dels fluids. Aquestes lleis descrivien un tipus de fluids, els fluids newtonians, pels quals la viscositat no varia en aplicar-hi una força. L’exemple per excel·lència és l’aigua, un líquid que per molt que barregem amb una vareta, romandrà amb la mateixa viscositat.

El problema, com deveu esperar, és que Newton havia dissenyat un model que només s’ajustava a un limitat tipus de substàncies. A casa, quan barregem un iogurt, oi que en canvia la consistència a mesura que agitem? Presentem doncs…

Els fluids no newtonians

Sí, el nom no acaba de ser el més original, però els fluids no newtonians són aquells que no es poden explicar a través de les lleis de la viscositat de Newton. Dit d’una altra manera, la seva viscositat varia en aplicar-hi una força.

Dins d’aquest tipus de fluids, en podem diferenciar moltes classes. Per exemple, materials de Kelvin com la plastilina (tornen a un estat inicial predefinit), materials tixotròpics com la mel (la viscositat decreix amb la durada de l’esforç) o els seus contraris aparents: els materials dilatants. Aquests darrers presenten una viscositat major per esforços més intensos.

Si us resulta difícil d’imaginar, penseu en una dissolució d’una farina comercial de blat de moro amb aigua. A un cert nivell, la massa obtinguda té textura aparent de líquid en aplicar-hi un esforç suau, però en fer-hi un cop sec i enèrgic, la massa esdevé impenetrable i difícil de separar.

2. A l’aplicar una força intensa sobre aquest tipus de fluids, aquest aparentment s’endureix.

Parlem de les arenes movedisses

I, per fi, arribem a les protagonistes d’avui. Les arenes movedisses (o sorramoll) també són un tipus de fluid no newtonià: les seves propietats varien segons les forces que hi interactuen. La seva fama de trampa mortal està força mitificada: és molt difícil morir engolit per aquest col·loide natural. Segurament, un mite infundat per la gran producció de pel·lícules durant els anys seixanta, on aproximadament un 3% de totes les pel·lícules comptaven amb un personatge enfonsant-se al fang.

Endinsant-nos en aquest fenomen, el sorramoll és una mescla de material granulat fi (com ara sorra, llim o argila) i aigua. També, des d’un estudi del 2005, s’ha comprovat que la presència de sals és responsable de la diferència de viscositats. Trencant més mites, no es tracta d’ambients especialment presents en zones desèrtiques, ja que aquests ecosistemes no són especialment rics en aigua, un dels components essencials del sorramoll.

Sota pressió

Conceptualment, la sorra és l’element principal que n’altera la viscositat. En un estat inicial, les arenes movedisses tenen aparença sòlida. Tanmateix, quan s’aplica una pressió sobre aquesta zona, el material granulat fi i l’aigua se separen formant regions de diferent densitat. Això causa un augment de la viscositat del sorramoll, fent que el sòl aparegui dèbil als nostres peus.

Per entendre-ho a la pràctica, apropa’t a la teva platja preferida. A la sorra hi trobaràs un gradient d’aigua, on la banda més allunyada del mar és extremadament seca i la part més propera al mar és una mescla d’aigua i sorra. Si et poses sobre la sorra seca, aquesta sustenta la teva pressió tranquil·lament, però en posar-te sobre la sorra humida, els teus peus s’enterren. Augmentant el gradient, una quantitat excessiva d’aigua i organitzada en filtracions subterrànies provocaria, eventualment, la creació d’un sorramoll.

Arena de la playa

Descripción generada automáticamente
3. La consistència especial de la sorra humida ens permet crear estructures com els castells de sorra.

Salvar-se a l’últim moment

Tornem al tema de la densitat, aprofitant el que ens va explicar la Mariona. En un espai, els cossos s’ordenen per densitat, situant aquells més densos a baix de tot i els menys densos a dalt. El cos humà és menys dens que l’aigua (per aquesta raó flotem quan ens banyem), així que continua sent menys dens que el sorramoll.

Quan algú entra en un sorramoll, aquest no et xucla cap endins: és la pressió del mateix pes concentrada en la superfície dels peus que actua separant els components de les arenes. Igual que un iceberg en l’oceà, si no s’oposa resistència a la succió, les arenes no et xuclaran completament: deixaran una part del cos a la superfície.

Així doncs, per sortir d’unes arenes movedisses només cal distribuir el teu pes en el màxim de superfície, repartint la pressió en l’espai. Dit d’una altra manera, l’habitual “estirar-se sobre la teva esquena”. El pitjor que es pot fer en aquestes situacions és fer moviments ràpids i lluitar forçosament per escapar-se; això només afavoreix la separació de les fases, provocant que t’enfonsis encara més.


Ja per acabar…

Tot i que en la ficció podem trobar moltes referències a les arenes movedisses, aquest no és l’únic objecte amb propietats de fluid no newtonià que podem trobar-hi. Un exemple el trobem a la novel·la Dune, la novel·la de ciència-ficció de Frank Herbert.

En aquest món fictici, la descoberta d’un hipotètic “efecte Holtzmann” suposa la invenció d’uns escuts de combat que repel·len la majoria de projectils ràpids com bales. En canvi, les armes blanques són la debilitat d’aquesta tecnologia, ja que tenen una velocitat més lenta. Així doncs, un material que té una permeabilitat depenent de la força d’impacte… segueix les propietats dels fluids no newtonians!

Finalment, si mai us trobeu amb unes arenes movedisses, aprofiteu la frase de Herbert per mantenir la calma:

No he de tenir por. La por és l’assassina de la ment. La por és la petita mort que porta l’erradicació total. Afrontaré la meva por. Permetré que passi sobre meu i a través de mi. I quan hagi passat, giraré l’ull interior per veure’n el camí. Quan hagi passat la por, no quedarà res. Només quedaré jo.”

Frank Herbert, Dune

Per saber-ne més

ViscosityPicking Up Where Sir Isaac Newton Left Off: Newtonian vs. Non-Newtonian Fluids 

ViquipèdiaSorramoll

How Stuff WorksQuicksand