Usuario:
Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D3.5 - Caracterización de Viscoelasticidad de Cutícula
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:2155
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Respuesta viscoelástica dependiente de frecuencia
La cutícula cambia desde respuesta predominantemente rígida y elástica a alta frecuencia hacia deformación lenta y flujo viscoelástico a baja frecuencia. La frecuencia de carga organiza los regímenes observables.
Grupo 2: Grupo 2: Ensayo de relajación
A deformación impuesta constante se mide la caída de tensión con el tiempo. La función de relajación representa la memoria mecánica observada en este protocolo.
Grupo 3: Grupo 3: Ensayo de fluencia
A tensión impuesta constante se mide el crecimiento de deformación con el tiempo. La compliancia de fluencia representa la misma viscoelasticidad desde el protocolo complementario.
Grupo 4: Grupo 4: Equivalencia entre respuestas viscoelásticas
Relajación y fluencia son representaciones complementarias de una respuesta lineal viscoelástica. Su consistencia se expresa mediante relaciones integrales de interconversión; el storyboard las atribuye a Kramers y Kronig.
Grupo 5: Grupo 5: Superposición tiempo-temperatura y curva maestra
Las curvas medidas a distintas temperaturas se desplazan horizontalmente mediante un factor propio de cada temperatura. El ensamblaje genera una curva maestra que extiende el rango temporal o frecuencial accesible.
Grupo 6: Grupo 6: Transición vítrea y regímenes mecánicos
La temperatura de transición vítrea separa un régimen vítreo rígido, quebradizo y de módulo de almacenamiento del orden de GPa de un régimen elástico-gomoso flexible con módulo del orden de MPa. La DSC proporciona una medición independiente de la transición.
Grupo 7: Grupo 7: Superposición de componentes proteicos
Componentes proteicos distintos pueden presentar transiciones vítreas diferentes. La respuesta completa de la cutícula emerge de la superposición de esas contribuciones individuales a través de temperatura y frecuencia.
ID:1222
Grupo 1: Grupo 1: Respuesta viscoelástica dependiente de frecuencia
Descripción
La cutícula cambia desde respuesta predominantemente rígida y elástica a alta frecuencia hacia deformación lenta y flujo viscoelástico a baja frecuencia. La frecuencia de carga organiza los regímenes observables.
Pregunta clave: ¿Cómo opera respuesta viscoelástica dependiente de frecuencia?
La cutícula cambia desde respuesta predominantemente rígida y elástica a alta frecuencia hacia deformación lenta y flujo viscoelástico a baja frecuencia. La frecuencia de carga organiza los regímenes observables. La viscoelasticidad de la cutícula determina cómo responde el exoesqueleto del insecto frente a cargas que varían en el tiempo, y esa respuesta cambia radicalmente según la frecuencia con la que varíe la carga: a frecuencias altas, como las del propio batido del ala, la cutícula se comporta de forma predominantemente rígida y elástica, mientras que a frecuencias bajas, frente a deformaciones lentas y sostenidas, la cutícula deja de comportarse como un sólido elástico, lo que hace que empiece a fluir gradualmente, de forma parecida a como lo haría un líquido muy viscoso.
ID:5751
Grupo 2: Grupo 2: Ensayo de relajación
Descripción
A deformación impuesta constante se mide la caída de tensión con el tiempo. La función de relajación representa la memoria mecánica observada en este protocolo.
Pregunta clave: ¿Cómo opera ensayo de relajación?
A deformación impuesta constante se mide la caída de tensión con el tiempo. La función de relajación representa la memoria mecánica observada en este protocolo. Para caracterizar ese cambio de comportamiento con la frecuencia, existen dos ensayos complementarios: el ensayo de relajación, que fija la deformación de la muestra de cutícula y mide cómo va cayendo la tensión con el paso del tiempo, y el ensayo de fluencia, que en cambio fija la tensión aplicada y mide cómo va creciendo la deformación con el paso del tiempo; ambos ensayos describen, en el fondo, el mismo comportamiento viscoelástico de la cutícula visto desde dos ángulos distintos, lo que hace que estén relacionados matemáticamente entre sí mediante las integrales de Kramers y Kronig.
ID:5752
Grupo 3: Grupo 3: Ensayo de fluencia
Descripción
A tensión impuesta constante se mide el crecimiento de deformación con el tiempo. La compliancia de fluencia representa la misma viscoelasticidad desde el protocolo complementario.
Pregunta clave: ¿Cómo opera ensayo de fluencia?
A tensión impuesta constante se mide el crecimiento de deformación con el tiempo. La compliancia de fluencia representa la misma viscoelasticidad desde el protocolo complementario. Para caracterizar ese cambio de comportamiento con la frecuencia, existen dos ensayos complementarios: el ensayo de relajación, que fija la deformación de la muestra de cutícula y mide cómo va cayendo la tensión con el paso del tiempo, y el ensayo de fluencia, que en cambio fija la tensión aplicada y mide cómo va creciendo la deformación con el paso del tiempo; ambos ensayos describen, en el fondo, el mismo comportamiento viscoelástico de la cutícula visto desde dos ángulos distintos, lo que hace que estén relacionados matemáticamente entre sí mediante las integrales de Kramers y Kronig.
ID:5753
Grupo 4: Grupo 4: Equivalencia entre respuestas viscoelásticas
Descripción
Relajación y fluencia son representaciones complementarias de una respuesta lineal viscoelástica. Su consistencia se expresa mediante relaciones integrales de interconversión; el storyboard las atribuye a Kramers y Kronig.
Pregunta clave: ¿Cómo opera equivalencia entre respuestas viscoelásticas?
Relajación y fluencia son representaciones complementarias de una respuesta lineal viscoelástica. Su consistencia se expresa mediante relaciones integrales de interconversión; el storyboard las atribuye a Kramers y Kronig. Para caracterizar ese cambio de comportamiento con la frecuencia, existen dos ensayos complementarios: el ensayo de relajación, que fija la deformación de la muestra de cutícula y mide cómo va cayendo la tensión con el paso del tiempo, y el ensayo de fluencia, que en cambio fija la tensión aplicada y mide cómo va creciendo la deformación con el paso del tiempo; ambos ensayos describen, en el fondo, el mismo comportamiento viscoelástico de la cutícula visto desde dos ángulos distintos, lo que hace que estén relacionados matemáticamente entre sí mediante las integrales de Kramers y Kronig.
ID:5754
Grupo 5: Grupo 5: Superposición tiempo-temperatura y curva maestra
Descripción
Las curvas medidas a distintas temperaturas se desplazan horizontalmente mediante un factor propio de cada temperatura. El ensamblaje genera una curva maestra que extiende el rango temporal o frecuencial accesible.
Pregunta clave: ¿Cómo opera superposición tiempo-temperatura y curva maestra?
Las curvas medidas a distintas temperaturas se desplazan horizontalmente mediante un factor propio de cada temperatura. El ensamblaje genera una curva maestra que extiende el rango temporal o frecuencial accesible. Ninguno de estos dos ensayos, por sí solo, puede cubrir experimentalmente todo el rango de frecuencias que le interesa a quien estudia la cutícula, pero el principio de superposición tiempo-temperatura, propuesto por Williams, Landel y Ferry, resuelve esa limitación: repetir el ensayo a distintas temperaturas y luego desplazar horizontalmente cada una de esas curvas medidas, con un factor de desplazamiento propio de cada temperatura, hace que todas esas curvas parciales terminen ensamblándose en una única curva maestra que cubre muchos más órdenes de magnitud en frecuencia de los que sería posible medir directamente a una sola temperatura. Detrás de esa misma equivalencia entre tiempo y temperatura que hace posible construir la curva maestra, hay una transición aún más marcada que aparece cuando, en lugar de variar la frecuencia, se varía directamente la temperatura de la cutícula: esa transición, conocida como temperatura de transición vítrea, se puede medir de forma independiente mediante calorimetría de barrido diferencial, y separa dos regímenes de comportamiento muy distintos entre sí.
ID:5755
Grupo 6: Grupo 6: Transición vítrea y regímenes mecánicos
Descripción
La temperatura de transición vítrea separa un régimen vítreo rígido, quebradizo y de módulo de almacenamiento del orden de GPa de un régimen elástico-gomoso flexible con módulo del orden de MPa. La DSC proporciona una medición independiente de la transición.
Pregunta clave: ¿Cómo opera transición vítrea y regímenes mecánicos?
La temperatura de transición vítrea separa un régimen vítreo rígido, quebradizo y de módulo de almacenamiento del orden de GPa de un régimen elástico-gomoso flexible con módulo del orden de MPa. La DSC proporciona una medición independiente de la transición. Por debajo de esa temperatura de transición vítrea, la cutícula se encuentra en un estado vítreo, con un módulo de almacenamiento muy alto, del orden de los gigapascales, y un comportamiento rígido y quebradizo; por encima de esa misma temperatura, la cutícula pasa a un estado elástico-gomoso, con un módulo de almacenamiento miles de veces menor, del orden de los megapascales, y un comportamiento mucho más flexible. Detrás de esa misma equivalencia entre tiempo y temperatura que hace posible construir la curva maestra, hay una transición aún más marcada que aparece cuando, en lugar de variar la frecuencia, se varía directamente la temperatura de la cutícula: esa transición, conocida como temperatura de transición vítrea, se puede medir de forma independiente mediante calorimetría de barrido diferencial, y separa dos regímenes de comportamiento muy distintos entre sí. Esta transición vítrea no tiene por qué ser una única temperatura para toda la cutícula: cuando los distintos componentes proteicos que forman la cutícula tienen transiciones independientes entre sí, la cutícula termina presentando varias temperaturas de transición vítrea distintas, una por cada componente, lo que hace que la viscoelasticidad completa de la cutícula del exoesqueleto —desde su rigidez frente al batido rápido del ala hasta su capacidad de fluir lentamente bajo cargas sostenidas— resulte, en última instancia, de la superposición de todos esos comportamientos individuales de sus distintos componentes proteicos.
ID:5756
Grupo 7: Grupo 7: Superposición de componentes proteicos
Descripción
Componentes proteicos distintos pueden presentar transiciones vítreas diferentes. La respuesta completa de la cutícula emerge de la superposición de esas contribuciones individuales a través de temperatura y frecuencia.
Pregunta clave: ¿Cómo opera superposición de componentes proteicos?
Componentes proteicos distintos pueden presentar transiciones vítreas diferentes. La respuesta completa de la cutícula emerge de la superposición de esas contribuciones individuales a través de temperatura y frecuencia. Esta transición vítrea no tiene por qué ser una única temperatura para toda la cutícula: cuando los distintos componentes proteicos que forman la cutícula tienen transiciones independientes entre sí, la cutícula termina presentando varias temperaturas de transición vítrea distintas, una por cada componente, lo que hace que la viscoelasticidad completa de la cutícula del exoesqueleto —desde su rigidez frente al batido rápido del ala hasta su capacidad de fluir lentamente bajo cargas sostenidas— resulte, en última instancia, de la superposición de todos esos comportamientos individuales de sus distintos componentes proteicos. La viscoelasticidad de la cutícula determina cómo responde el exoesqueleto del insecto frente a cargas que varían en el tiempo, y esa respuesta cambia radicalmente según la frecuencia con la que varíe la carga: a frecuencias altas, como las del propio batido del ala, la cutícula se comporta de forma predominantemente rígida y elástica, mientras que a frecuencias bajas, frente a deformaciones lentas y sostenidas, la cutícula deja de comportarse como un sólido elástico, lo que hace que empiece a fluir gradualmente, de forma parecida a como lo haría un líquido muy viscoso. Ninguno de estos dos ensayos, por sí solo, puede cubrir experimentalmente todo el rango de frecuencias que le interesa a quien estudia la cutícula, pero el principio de superposición tiempo-temperatura, propuesto por Williams, Landel y Ferry, resuelve esa limitación: repetir el ensayo a distintas temperaturas y luego desplazar horizontalmente cada una de esas curvas medidas, con un factor de desplazamiento propio de cada temperatura, hace que todas esas curvas parciales terminen ensamblándose en una única curva maestra que cubre muchos más órdenes de magnitud en frecuencia de los que sería posible medir directamente a una sola temperatura.
ID:5757