Odhalení tajemství Ooblecku, podivné tekuté a pevné látky

Oobleck existuje již dlouho Můj oblíbený příklad od nás Nenewtonská kapalinaA nejsem sám. Je velmi populární Experiment „Kuchyňská věda“. Protože je jednoduchý a snadno vyrobitelný. Smíchejte jeden díl vody se dvěma díly kukuřičného škrobu, přidejte trochu potravinářského barviva pro zábavu a máte Oobleck, který se chová buď jako kapalina, nebo jako pevná látka, v závislosti na velikosti použitého tlaku. Míchejte pomalu a rovnoměrně, dokud je tekutý. Silně do něj udeřte a pod vaším sevřením bude pevnější. Můžete také naplnit malé loužičky předměty a procházet se po nich, protože Oobleck ztuhne pokaždé, když sestoupíte – okázalý fyzický displej, který se často objevuje přirozeně. Na youtube.

Základní fyzikální principy této jednoduché látky jsou překvapivě složité a spletité, a proto vědce fascinující. Podle nedávné studie molekulární inženýři z Chicagské univerzity použili husté suspenze piezoelektrických nanočástic k měření toho, co se stane na molekulární úrovni, když se chování oobleck změní z kapaliny na pevnou látku. Nový papír Publikováno v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Na konci svého života Isaac Newton určil vlastnosti „ideální tekutiny“. Jednou z těchto vlastností je Viskozita, je volně definováno jako množství tření/odporu, které proudí v daném materiálu. Tření vzniká, protože proudící tekutina je v podstatě řada vrstev klouzající po sobě. Čím rychleji jedna vrstva klouže po druhé, tím větší je odpor; Čím pomaleji vrstva klouže po jiné vrstvě, tím menší je odpor. Ale svět není dokonalé místo.

v Newtonova ideální tekutinaViskozita závisí do značné míry na teplotě a tlaku: voda bude dále proudit bez ohledu na jiné síly, které na ni působí, jako je míchání nebo míchání. V nenewtonských kapalinách se viskozita mění v reakci na aplikovaný tlak nebo smykovou sílu, čímž překračuje hranice mezi chováním kapaliny a pevné látky. Pohyb hrnku s vodou vytváří střižnou sílu a vodní nůžky se pohybují z cesty. Viskozita zůstává nezměněna. Ale u nenewtonských kapalin, jako jsou opakní, se viskozita mění, když je aplikována smyková síla.

Kečup je například nenewtonská tekutina o tloušťce střihu, což je jeden z důvodů, proč úder na dno láhve nezrychlí vytečení kečupu; Použití síly zvyšuje viskozitu. Jogurt, omáčka, kaše, pudink a husté koláčové náplně jsou další příklady. A stejně tak Oobleck. (Název pochází z dětské knihy Dr. Seusse z roku 1949, Bartoloměje a Ooblecka.) Oproti tomu nestékající barva vykazuje efekt „smykového ztenčování“, lze ji snadno setřet, ale po nanesení na stěnu se stává viskóznější.

v roce 2019 Vyvinutý výzkumníky z Massachusettského technologického institutu Užitečný matematický model pro předpovídání toho, jak oobleck přechází z kapalného stavu do pevného a zpět za různých podmínek. Svůj obchodní model přizpůsobili mokrému písku, zrnitému materiálu. Existují určité podobnosti, ale molekuly kukuřičného škrobu v ooblecku jsou přibližně jedné setiny velikosti zrn písku (mezi 1 až 10 mikrony). V těchto malých měřítcích je fyzika znatelně odlišná. Například teplota má větší vliv na molekuly kukuřičného škrobu, stejně jako elektrické náboje, které se hromadí mezi molekulami a způsobují odpudivý efekt. Proto, zatímco mokrý písek má stejnou viskozitu při jakékoli dané hustotě balení bez ohledu na aplikovaný tlak (např. míchání nebo perforaci), viskozita opalizujícího písku se dramaticky mění.

tým MIT Konkrétně přidáno „Shlukující se proměnná“ jejich modelu popisuje množství třecího kontaktu mezi molekulami kukuřičného škrobu spíše než lubrikovaný kontakt, aby bylo možné předpovědět, jak se tato nová proměnná změní v reakci na různé tlaky. Poté provedli počítačové simulace předchozích laboratorních experimentů – které zahrnovaly stlačování a stříhání Oobleck mezi dvěma deskami a vystřelení malého simulovaného projektilu na nádrž Oobleck – aby otestovali předpovědi modelu. Tyto simulace odpovídaly experimentálním výsledkům předchozích studií.