Misterul Oobleck: Cum se transformă picăturile în solide surprinzătoare

O compoziție simplă de amidon de porumb și apă, cunoscută sub numele de „oobleck”, continuă să uimească comunitatea științifică printr-o serie de proprietăți neașteptate. Numele său provine din cartea pentru copii scrisă de Dr. Seuss în 1949, „Bartholomew and the Oobleck”. Când este amestecat lent, acest amestec se comportă ca un lichid, dar devine solid la aplicarea unei forțe rapide, precum un pumn.

Recent, cercetători folosind imagistica de înaltă viteză și măsurători ale forței au descoperit un alt aspect surprinzător al picăturilor de oobleck care lovesc o suprafață plată, potrivit unui studiu publicat în revista „Physical Review Letters”.

Într-un fluid ideal, cum ar fi apa, viscozitatea depinde în mare măsură de temperatură și presiune și nu se modifică în prezența altor forțe, cum ar fi amestecarea. Însă, în cazul fluidelor non-Newtoniene, cum este oobleck, viscozitatea se schimbă în răspuns la o forță de tăiere aplicată, oscilând astfel între comportamentul de lichid și cel de solid.

Spre exemplu, ketchupul este un fluid non-Newtonian care se îngroașă sub acțiunea forței, motiv pentru care bătăile în fundul sticlei nu accelerează ieșirea acestuia. Alte exemple includ iaurtul, sosurile, noroiul, budinca și umpluturile groase pentru plăcinte. La fel și oobleck.

Principiile fizice din spatele acestei substanțe simple sunt surprinzător de subtile și complexe, stârnind astfel interesul științific. De exemplu, în 2023, inginerii moleculari de la Universitatea din Chicago au utilizat suspensii dense de nanoparticule piezoelectrice pentru a studia ce se întâmplă la nivel molecular când oobleck trece de la comportamentul de lichid la cel solid.

În anul următor, cercetătorii de la Universitatea din California, Merced, au creat filme polimerice conductive care se întăresc în urma impactului, în loc să se rupă, asemănător cu oobleck. Aceste filme ar putea fi utilizate în electronica purtabilă, cum ar fi brățările inteligente și senzorii, precum și în electronica flexibilă pentru monitorizarea sănătății.

În cel mai recent studiu, Anahita Mobaseri, fizician la Universitatea din Minnesota, și colegii săi au explorat dinamica picăturilor de oobleck care se loveau de o suprafață plată, un aspect de mare interes pentru controlul fluxurilor de fluid în imprimarea 3D, robotica moale și aplicarea de acoperiri industriale. Echipa a pregătit suspensii de amidon cu viscozități variate, de la regimuri de subțiere la îngroșare a viscozității, monitorizând dinamica picăturilor cu senzori de forță și o cameră de înaltă viteză.

Mobaseri și colegii săi au observat comportamentul așteptat al oobleck: picăturile mai diluate se comportau mai mult ca un lichid, iar cele concentrate se întăreau ca niște pelete solide în răspuns la forța de tăiere. Dar au observat și ceva neașteptat referitor la picăturile dense cu rate înalte de tăiere.

oobleck, amidon de porumb, fluid non-Newtonian, viscozitate, suspensii piezoelectrice, filme polimerice, electronica purtabila, imprimare 3D, robotica moale, acoperiri industriale, fluiditate, solidificare, cercetare științifică, Dr. Seuss, Bartholomew and the Oobleck, Universitatea din Chicago, Universitatea din California, Universitatea din Minnesota, Anahita Mobaseri, Physical Review Letters

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România