El atasco es el proceso físico por el cual la viscosidad de algunos materiales mesoscópicos , como materiales granulares , vidrios , espumas , polímeros , emulsiones y otros fluidos complejos , aumenta al aumentar la densidad de las partículas. La transición jamming ha sido propuesta como un nuevo tipo de transición de fase , con similitudes con una transición vítrea pero muy diferente de la formación de sólidos cristalinos . [1]
Mientras que se produce una transición vítrea cuando se enfría el estado líquido, la transición de bloqueo ocurre cuando aumenta la densidad o la fracción de empaquetamiento de las partículas. Este apiñamiento de las partículas constituyentes les impide fluir bajo una tensión aplicada y explorar el espacio de fases , haciendo así que el material agregado se comporte como un sólido. Es posible que el sistema pueda desbloquearse si se reduce la fracción de volumen o se aplican tensiones externas que excedan el límite elástico. Esta transición es interesante porque no es lineal con respecto a la fracción de volumen.
El diagrama de fases de interferencia relaciona la transición de interferencia con la densidad, la tensión y la temperatura inversas. [2]
La densidad a la que los sistemas se atascan está determinada por muchos factores, incluida la forma de sus componentes, la deformabilidad de las partículas, las fuerzas de fricción entre partículas y el grado de dispersidad del sistema. La forma general del colector de bloqueo puede depender del sistema particular. Por ejemplo, una característica particularmente interesante de la transición de interferencia es la diferencia entre sistemas de partículas atractivas y repulsivas. No se sabe si la superficie de interferencia diverge para densidades suficientemente altas o temperaturas bajas.
Las simulaciones de sistemas atascados estudian las configuraciones de partículas que conducen al atasco tanto en sistemas estáticos como en sistemas sometidos a corte. Bajo tensión cortante , el tamaño promedio del grupo puede divergir después de una cantidad finita de deformación, lo que lleva a un estado atascado. Puede existir una configuración de partículas en un estado atascado con una tensión necesaria para "romper" las cadenas de fuerza que causan el atasco.
La realización más simple de un sistema bloqueado estático es un empaque de esferas aleatorias de esferas blandas sin fricción que se atascan entre sí al aplicar una presión hidrostática externa al empaque. Justo en la transición de atasco, la presión aplicada es cero y el módulo de corte también es cero, lo que coincide con la pérdida de rigidez y el destrabado del sistema. Además, en el punto de interferencia el sistema es isostático. Por encima del punto de bloqueo, la presión aplicada provoca un aumento de la fracción de volumen al apretar las esferas blandas más juntas y, por lo tanto, crea contactos adicionales entre las esferas vecinas. Esto conduce a un aumento del número medio de contactos . Como se muestra en simulaciones numéricas realizadas por Corey O'Hern y colaboradores, el módulo de corte G aumenta al aumentar siguiendo la ley: , donde d es la dimensión del espacio. [3] Una teoría microscópica de elasticidad de primeros principios desarrollada por Alessio Zaccone y E. Scossa-Romano explica cuantitativamente esta ley en términos de dos contribuciones: el primer término es una contribución de tipo enlace, por lo tanto proporcional y relacionada con los desplazamientos de partículas. que siguen exactamente la deformación por corte aplicada ; el segundo término (negativo) se debe a las relajaciones internas necesarias para mantener el equilibrio mecánico local en un entorno desordenado y tenso y, por tanto, proporcional al número total de grados de libertad, de ahí la dependencia de la dimensión espacial d . [4] Este modelo es relevante para emulsiones comprimidas, donde la fricción entre partículas es insignificante. Otro ejemplo de sistema estático atascado es una pila de arena, que se atasca bajo la fuerza de la gravedad y no se disipa energía.
A veces también se dice que los sistemas que consumen energía están bloqueados. Un ejemplo son los atascos de tráfico , donde debido a los atascos la velocidad media de los coches en una carretera puede caer bruscamente. En este caso, los coches que circulan por una carretera pueden considerarse como un material granular o un fluido no newtoniano que se bombea a través de un tubo. Allí, bajo ciertas condiciones, la viscosidad efectiva puede aumentar rápidamente, aumentando dramáticamente la resistencia del material granular o de los fluidos a fluir y causando así que la velocidad caiga o incluso se detenga por completo. En esta analogía, los automóviles son como granos de un material granular y si son lo suficientemente densos (es decir, lo suficientemente espaciados a lo largo de la carretera), las interacciones entre los automóviles (ya que deben evitarse entre sí para evitar chocar) causan atascos. Un modelo simple de este comportamiento es el modelo de Nagel-Schreckenberg .
