Filtración de fluidos a través de materiales porosos
En la percolación del café, los compuestos solubles salen de los posos del café y se unen al agua para formar el café . Los compuestos insolubles (y los granulados) permanecen dentro del filtro del café .Percolación en una red cuadrada.
En física , química y ciencia de los materiales , la percolación (del latín percolare 'filtrar, dejar pasar') se refiere al movimiento y filtrado de fluidos a través de materiales porosos. Se describe mediante la ley de Darcy . Desde entonces se han desarrollado aplicaciones más amplias que cubren la conectividad de muchos sistemas modelados como redes o gráficos, análogas a la conectividad de los componentes de la red en el problema de filtración que modula la capacidad de percolación.
Fondo
Durante las últimas décadas, la teoría de la percolación , el estudio matemático de la percolación , ha aportado nuevos conocimientos y técnicas a una amplia gama de temas en física, ciencia de los materiales, redes complejas , epidemiología y otros campos. Por ejemplo, en geología , la percolación se refiere a la filtración de agua a través del suelo y las rocas permeables. El agua fluye para recargar el agua subterránea en el nivel freático y los acuíferos . En lugares donde se planean cuencas de infiltración o campos de drenaje séptico para eliminar cantidades sustanciales de agua, se necesita una prueba de percolación de antemano para determinar si es probable que la estructura prevista tenga éxito o fracase. En la red cuadrada bidimensional, la percolación se define de la siguiente manera. Un sitio está "ocupado" con probabilidad p o "vacío" (en cuyo caso se eliminan sus bordes) con probabilidad 1 - p; el problema correspondiente se llama percolación del sitio, consulte la Figura 2.
Debido a la complejidad que implica obtener resultados exactos a partir de modelos analíticos de percolación, se suelen utilizar simulaciones por ordenador. El algoritmo más rápido actual para la percolación fue publicado en 2000 por Mark Newman y Robert Ziff. [1]
Ejemplos
Percolación del café (ver Fig. 1), donde el solvente es agua, la sustancia permeable son los posos de café y los constituyentes solubles son los compuestos químicos que le dan al café su color, sabor y aroma.
Movimiento de material meteorizado hacia abajo a lo largo de una pendiente bajo la superficie de la tierra.
Agrietamiento de los árboles con la presencia de dos condiciones, luz solar y presión.
Colapso y robustez de las capas de virus biológicos ante la eliminación aleatoria de subunidades (fragmentación de virus verificada experimentalmente). [2] [3] [4]
La percolación dental aumenta la tasa de caries debajo de las coronas debido a un entorno propicio para mutantes de estreptococos y lactobacilos.
Los sitios potenciales para sistemas sépticos se prueban mediante la " prueba de percolación ". Ejemplo/teoría: se cava un hoyo (generalmente de 6 a 10 pulgadas de diámetro) en la superficie del suelo (generalmente de 12 a 24 pulgadas de profundidad). Se llena el hoyo con agua y se mide el tiempo para una caída de una pulgada en la superficie del agua. Si la superficie del agua cae rápidamente, como se ve generalmente en arenas mal clasificadas, entonces es un lugar potencialmente bueno para un " campo de lixiviación " séptico. Si la conductividad hidráulica del sitio es baja (generalmente en suelos arcillosos y limosos), entonces el sitio no es deseable.
^ Newman, Mark ; Ziff, Robert (2000). "Algoritmo de Monte Carlo eficiente y resultados de alta precisión para percolación". Physical Review Letters . 85 (19): 4104–4107. arXiv : cond-mat/0005264 . Código Bibliográfico :2000PhRvL..85.4104N. CiteSeerX 10.1.1.310.4632 . doi :10.1103/PhysRevLett.85.4104. PMID 11056635. S2CID 747665.
^ Brunk, Nicholas E.; Twarock, Reidun (23 de julio de 2021). "La teoría de la percolación revela propiedades biofísicas de partículas similares a virus". ACS Nano . 15 (8). Sociedad Química Estadounidense (ACS): 12988–12995. doi : 10.1021/acsnano.1c01882 . ISSN 1936-0851. PMC 8397427 . PMID 34296852.
^ Brunk, Nicholas E.; Lee, Lye Siang; Glazier, James A.; Butske, William; Zlotnick, Adam (2018). "Jenga molecular: la transición de la fase de percolación (colapso) en las cápsides de virus". Biología física . 15 (5): 056005. Bibcode :2018PhBio..15e6005B. doi :10.1088/1478-3975/aac194. PMC 6004236 . PMID 29714713.
^ Lee, Lye Siang; Brunk, Nicholas; Haywood, Daniel G.; Keifer, David; Pierson, Elizabeth; Kondylis, Panagiotis; Wang, Joseph Che-Yen; Jacobson, Stephen C.; Jarrold, Martin F.; Zlotnick, Adam (2017). "Una placa de pruebas molecular: eliminación y reemplazo de subunidades en una cápside del virus de la hepatitis B". Protein Science . 26 (11): 2170–2180. doi :10.1002/pro.3265. PMC 5654856 . PMID 28795465.
^ Grassberger, Peter (1983). "Sobre el comportamiento crítico del proceso epidémico general y la percolación dinámica". Ciencias biológicas matemáticas . 63 (2): 157–172. doi :10.1016/0025-5564(82)90036-0.
^ Newman, MEJ (2002). "Propagación de enfermedades epidémicas en redes". Physical Review E . 66 (1 Pt 2): 016128. arXiv : cond-mat/0205009 . Código Bibliográfico :2002PhRvE..66a6128N. doi :10.1103/PhysRevE.66.016128. PMID 12241447. S2CID 15291065.
Stauffer, Dietrich ; y Aharony, Ammon; Introducción a la teoría de la percolación , Taylor & Francis, 1994, segunda edición revisada, ISBN 9780748402533 .
Kirkpatrick, Scott; "Percolación y conducción", en Reseñas de física moderna , 45, 574, 1973.
Rodrigues, Edouard; Propiedades notables de los peones en un tablero hexagonal Archivado el 9 de diciembre de 2021 en Wayback Machine.
