La anisotropía es un término utilizado en varias disciplinas científicas para indicar que ciertas propiedades de la materia (como un material o una radiación) varían con la dirección desde la que se miden. Por ejemplo, si el índice de refracción o la densidad de un material es diferente cuando se mide a lo largo de diferentes ejes, se dice que esa propiedad es anisotrópica. La anisotropía es lo contrario de la isotropía, término que se utiliza cuando las propiedades son las mismas cuando se miden desde cualquier dirección.
La investigación de las propiedades, ya sean isotrópicas o anisotrópicas, puede proporcionar mucha información útil. Por ejemplo, el paso anisotrópico de la radiación electromagnética a través de un cristal puede ayudar a revelar la estructura interna del mismo. El uso de materiales en proyectos de construcción se beneficia del conocimiento de que la resistencia de cada material varía en función de su orientación. Las anisotropías detectadas en la radiación cósmica de fondo de microondas apoyan la teoría del Big Bang sobre el origen del universo. La medición de la anisotropía en los datos sísmicos puede aportar información sobre los procesos internos de la Tierra y su mineralogía. La anisotropía también es útil en medicina, por ejemplo, para la obtención de imágenes por ultrasonidos.
Ciencia e ingeniería de los materiales
La conducción del calor por diversos materiales suele ser anisotrópica. Los materiales utilizados para transferir y expulsar el calor de la fuente de calor en la electrónica suelen ser anisótropos. Por el contrario, algunos materiales conducen el calor de forma isotrópica, es decir, independientemente de la orientación espacial alrededor de la fuente de calor.
La rigidez de un material suele ser anisotrópica. El módulo de Young (que mide la rigidez) depende de la dirección de la carga.
Muchos cristales son anisótropos a la luz (anisotropía óptica), mostrando propiedades como la birrefringencia. La óptica de los cristales describe la propagación de la luz en los cristales. Un eje de anisotropía se define como el eje a lo largo del cual se rompe la isotropía (o un eje de simetría, como la normal a las capas cristalinas). Algunos materiales tienen múltiples ejes ópticos de este tipo.
En los materiales policristalinos, la anisotropía puede deberse a ciertos patrones de textura producidos durante la fabricación del material. En el caso de la laminación, se producen «cordones» de textura en la dirección de la laminación, lo que puede dar lugar a propiedades muy diferentes en las direcciones de laminación y transversal.
Algunos materiales, como la madera y los compuestos reforzados con fibra, son muy anisótropos, siendo mucho más fuertes a lo largo del grano/fibra que a través de él. Los metales y las aleaciones tienden a ser más isótropos, aunque a veces pueden mostrar un comportamiento anisótropo significativo. Esto es especialmente importante en procesos como la embutición de metales.
Cosmología
Los cosmólogos utilizan el término anisotropía para describir pequeñas fluctuaciones de temperatura en la radiación cósmica de fondo de microondas. La naturaleza de esta radiación apoya la teoría del Big Bang para el origen del universo.
Física
En física, el término anisotropía puede aplicarse en varios casos. Por ejemplo, el término puede utilizarse para indicar que un plasma tiene un campo magnético orientado en una dirección preferida, o que el plasma muestra «filamentación», como en el caso de los rayos o de una lámpara de plasma.
Un cristal líquido es un ejemplo de líquido anisotrópico. Tal líquido tiene la fluidez de un líquido normal pero también tiene un ordenamiento estructural medio de las moléculas. Por el contrario, el agua y el cloroformo no contienen ningún ordenamiento estructural de sus moléculas.
Geología
La anisotropía sísmica es la variación de la velocidad de las ondas sísmicas con la dirección. Es un indicador del orden de largo alcance en un material, donde las características más pequeñas que la longitud de onda sísmica (como cristales, grietas, poros, capas o inclusiones) tienen una alineación dominante. Se ha detectado una importante anisotropía sísmica en la corteza, el manto y el núcleo interno de la Tierra. La medición de los efectos de la anisotropía en los datos sísmicos puede proporcionar información importante sobre los procesos y la mineralogía de la Tierra.
Las formaciones geológicas con distintas capas de material sedimentario pueden presentar anisotropía eléctrica: La conductividad eléctrica en una dirección (como la paralela a una capa) puede ser diferente a la de otra (como la perpendicular a la capa). Esta propiedad es utilizada por la industria de exploración de gas y petróleo para identificar arenas portadoras de hidrocarburos en secuencias de arena y pizarra. Los activos de hidrocarburos que contienen arena tienen una alta resistividad (baja conductividad), mientras que las pizarras tienen una resistividad más baja. Los instrumentos de evaluación de la formación miden esta conductividad/resistividad, y los resultados se utilizan para ayudar a encontrar pozos de petróleo y gas.
Informática
En el campo de la informática gráfica, una superficie anisotrópica es aquella que cambia de aspecto al girar sobre su normal geométrica, como es el caso del terciopelo.
El filtrado anisotrópico (AF) es un método para mejorar la calidad de imagen de las texturas en las superficies que están lejos y con un ángulo pronunciado con respecto al punto de vista. Las técnicas más antiguas, como el filtrado bilineal y trilineal, no tenían en cuenta el ángulo desde el que se ve una superficie, lo que provocaba el desenfoque de las texturas. Al reducir el detalle en una dirección más que en otra, estos efectos pueden reducirse.
El filtrado anisotrópico en los gráficos por ordenador no debe confundirse con un «filtro químico anisotrópico», que se utiliza para filtrar partículas y tiene un significado diferente. Este término se utiliza para describir un filtro con espacios intersticiales cada vez más pequeños en la dirección de la filtración, de modo que las partículas más grandes se filtran antes que las más pequeñas. Este tipo de filtro da como resultado un mayor flujo y una filtración más eficiente.
Microfabricación
Los procesos de microfabricación utilizan técnicas de grabado anisotrópico (como el grabado iónico reactivo profundo) para crear características microscópicas bien definidas con una alta relación de aspecto. Estas características se utilizan comúnmente en dispositivos MEMS y microfluídicos, donde la anisotropía de las características es necesaria para impartir propiedades ópticas, eléctricas o físicas deseadas al dispositivo.
Medicina
La anisotropía también es útil para las imágenes médicas de ultrasonido. Cuando se modifica el ángulo del transductor, se puede comprobar que cambia la ecogenicidad de los tejidos blandos (como los tendones).
En las imágenes de tensor de difusión, las alteraciones de la anisotropía pueden indicar cambios de difusión del agua en el cerebro, especialmente en la materia blanca.
- Babuska, V., y M. Cara. 2001. Seismic Anisotropy in the Earth. Modern Approaches in Geophysics. Dordrecht, Países Bajos: Kluwer Academic. ISBN 0792313216
- Kocks, U.F., C.N. Tomé, y H.-R. Wenk. 2001. Textura y anisotropía. New Ed. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 052179420X
- Newnham, Robert E. 2005. Properties of Materials: Anisotropy, Symmetry, Structure. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751
- Truszkowski, Wojciech. 2001. The Plastic Anisotropy in Single Crystals and Polycrystalline Metals. Dordrecht, Países Bajos: Kluwer Academic. ISBN 0792368398
Todos los enlaces recuperados el 22 de marzo de 2016.
- Wilkinson Microwave Anisotropy Probe NASA.
- Anisotropy and Isotropy NDT Resource Center.
Créditos
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- Historia de la anisotropía
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