Por Jearl Walter.
Muchos son los polímeros laminados, entre ellos los que se emplean para envolver alimentos, que se comportan de manera peculiar frente al estiramiento.
Tales láminas, en efecto, ni se rompen de golpe como los hilos, ni se estiran como las gomas. Al principio se resisten fuertemente al estiramiento, cediendo luego de repente con una disminución del espesor o de la anchura (perpendicularmente a la dirección de estiramiento), o de ambos. Tal estrechamiento suele conocerse como formación de un cuello, estricción o estirado en frío. (Esta tercera expresión se emplea por oposición a un estrechamiento parecido que sufren las barras de metal calientes cuando se estira de ellas.)
Probemos con una hoja de plástico elástico tirando de sus dos extremos.
Al principio tendremos que tirar con fuerza para conseguir moverla algo, pero después el plástico se estira estrechándose repentinamente. Una vez llegado a este punto, el plástico presenta menos resistencia al estiramiento y la zona estrangulada comienza a propagarse hacia los extremos. Cuando esa propagación alcanza un grado apreciable, hay que volver a estirar con fuerza hasta que el plástico termina por desgarrarse por la zona estrechada.
Antes de que les exponga la mecánica del estiramiento, permítanme que les hable de un efecto bastante desconcertante de este fenómeno. Algunas hojas de polímero son transparentes, aunque oscurecen la imagen. Así, cuando pretendemos leer una página impresa a través de una de ellas, hay que mantener el plástico muy cerca del papel; conforme lo vamos alejando del texto, las letras no tardan en oscurecerse tanto que resultan ilegibles. Esa fosquedad obedece, a la difusión de la luz en las moléculas del plástico. La distancia a la cual es posible leer a través del film constituye una medida de la intensidad con que se difunde la luz.
Si estiramos ahora la hoja de plástico de manera que sufra una estricción, la luz atravesará menos materia (o sea, menos moléculas) y la difusión resultante debería ser menor; deberíamos poder leer a través del plástico aun situándolo a una mayor distancia de las letras. Por lógico que parezca este razonamiento, es evidente que no concuerda con la situación que se presenta en la figura 1.
Esa fotografía se obtuvo estirando y provocando la estricción en la mitad de una banda de polímero, que luego tendí sobre un portaobjetos de microscopio. El portaobjetos fue colocado inclinado y fijado con plastilina, sobre una página impresa, de tal modo que la distancia entre ésta y la banda fuera variable. Allí donde la zona no afectada por la estricción se encuentra más alejada de la página, el texto se ve borroso aunque legible, mientras que en la parte estrangulada el texto se percibe borroso del todo, incluso donde la banda está muy cerca del papel. La causa es sutil; lo veremos más adelante.
Un polímero es una molécula de gran tamaño, formada por la repetición de cierta unidad química llamada monómero. La gran cantidad de polímeros diferentes con que podemos toparnos en nuestra vida cotidiana presenta una amplísima gama de propiedades mecánicas y ópticas. De entre los que exhiben estricción, he elegido dos para tratar aquí de ellos.
Uno es el polietileno, que suele encontrarse en las cocinas en forma de saquitos, bolsitas a hojas (a menudo, autoadhesivas) para guardar o envolver alimentos. El monómero del polietileno es una sencilla agrupación de dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno. En una lámina de polietileno, las zonas donde las grandes moléculas de polímero se agrupan en minúsculos cristales están separadas por zonas amorfas carentes por completo de organización. El otro polímero que he elegido es el parafilm, cuyas láminas encontraremos en cualquier laboratorio químico o biológico, donde se emplean para sellar vasos y otros recipientes.
La estricción es en gran medida el resultado de la orientación de las moléculas del polímero. Consideremos una hoja de polímero cuyo espesor mengüe, a imaginemos que pudiéramos ver sus moléculas. Inicialmente podría ser que estuvieran organizadas a pequeña escala (cristalizadas en parte, o más o menos alineadas por el proceso de fabricación); o puede incluso que estuvieran orientadas completamente al azar.
Cuando tiramos, la hoja sólo podrá alargarse si las moléculas son capaces de girar o desplazarse alineándose con la dirección de la fuerza y adaptarse así al aumento de longitud. Al principio, los enlaces químicos se oponen a la reorientación: la hoja sólo se estira un poco. Pero en cuanto la fuerza alcanza cierto valor crítico, las moléculas de la zona más débil de la hoja ceden, rompen sus enlaces más débiles, se deslizan unas sobre otras y tienden a alinearse figura 2.
En esa zona, la hoja de plástico cede a regañadientes, sacrificando su espesor a la longitud. Aunque, por otra parte, gana resistencia mecánica, en el sentido de que las moléculas reorientadas han roto sus uniones más débiles y se quedan con las más fuertes.
Si seguimos tirando, se alinearán más moléculas en la zona de estricción y disminuirá aún más el espesor. Cuando ya estén alineadas un gran número de moléculas, el espesor se habrá reducido al máximo; los enlaces entre las moléculas serán, entonces, demasiado fuertes para permitir que prosiga la deformación. Si no dejamos de tirar, las moléculas que a continuación se rindan serán las situadas en los "cuellos" de la estricción, con lo cual ésta se propagará en la dirección de la fuerza aplicada.
Cuando la estricción se haya extendido a toda la hoja, la naturaleza "endurecida" de las interconexiones de las moléculas, que afectará ya a toda la hoja, hará necesario que volvamos a tirar con fuerza para estirarla todavía más y no tardará en desgarrarse antes que seguir cediendo.
Para preparar el parafilm del que me serví en el experimento, empecé cortando una banda rectangular con unas tijeras, la coloqué bien plana sobre una mesa y luego le adosé a los extremos cinta adhesiva, de embalar, muy robusta. Con regla y pluma, tracé líneas a lo ancho de la banda a intervalos de dos milímetros. Después llevé la banda a un gato de laboratorio, apretando con fuerza los extremos encintados contra la cara del gato. (En lugar de éste, puede emplearse un tornillo de banco.) Así la banda quedó extendida verticalmente entre las caras del cricket; lisa y plana, aunque no tensa
Medí y anoté la longitud vertical de la banda y su anchura de izquierda a derecha. Para medir el espesor con el micrómetro, aflojé primero el tope móvil del instrumento lo suficiente para permitir que la banda pasara por entre ambos topes y, después, apreté éstos gradualmente a la vez que movía despacio el micrómetro en pequeños círculos. Cuando los topes se encontraron lo bastante cercanos para apresar la banda de plástico, los aflojé lo justo para que no apresaran la tira; anoté en ese momento la lectura del micrómetro. Medición que repetí varias veces y saqué la media de los resultados. La banda presentaba unos 0,14 milímetros de espesor.
Entonces comencé a girar el tornillo del gato, separando las caras y estirando la banda. A1 principio costaba hacer girar el tornillo, pero cuando hube estirado la banda en el orden del 9 por ciento, cedió bruscamente y apareció un adelgazamiento localizado en una estrecha franja que atravesaba la tira de un lado a otro. Descubrí que las líneas de tinta estaban separadas un 25 por ciento más en la zona del estrangulamiento, mientras que las líneas del resto de la banda no mostraban ningún tipo de separación adicional.
Conforme proseguía girando el tornillo del gato, la estricción progresaba poco a poco hacia las dos caras del útil, alargando la separación de las líneas que encontraba en su avance. Este no era uniforme: tras cada vuelta del tornillo, en los "hombros" de la zona de estricción se notaban unas "islas" de material no estirado visiblemente distinto del material estirado que las rodeaba. A cada vuelta del tornillo, medía la longitud, la anchura y el espesor de la banda y la separación de las líneas en diversos puntos. Cuando hube alargado la banda un 90 por ciento aproximadamente, todas las líneas mostraban ya una separación adicional.
Alcanzado un alargamiento del 150 por ciento (o sea, cuando la tira se alargó hasta dos veces y media su longitud original), las líneas de la zona de estricción original estaban separadas hasta 9 milímetros (lo que corresponde a un alargamiento del 350 por ciento) y el espesor se había reducido a 0,064 milímetros. Las demás líneas estaban separadas 3,5 milímetros (el material se había estirado del orden del 75 por ciento) y el espesor se había reducido algo. Era evidente que el estrechamiento y adelgazamiento se estaban propagando a lo largo de la banda. Con la siguiente vuelta del tornillo, la banda comenzó a romperse por la zona de estricción; debióse quizás a una pequeña muesca que había dejado con las tijeras en uno de los lados de la banda.
(Podría haber arreglado la rotura con un poco de cinta de embalar, pero la dejé como estaba.).
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