Zawiesina skrobi kukurydzianej i wody jest znacznie dziwniejsza niż suma jej części. Poruszaj nim powoli i płynie jak ciecz; uderz go lub strząśnij szybko i zamyka się jak bryła.
Maź jest tak dziwna, że zyskała seussiańską sławę (i imię) w „Bartłomieju i Ooblecku”, w których substancja niemal przypieczętowała los Królestwa Didd.
Oprócz bajek, oobleck to podstawa laboratoriów naukowych i zajęć przedszkolnych. Teraz naukowcy stworzyli pierwszy trójwymiarowy model komputerowy, który może przewidzieć pozornie tajemnicze zachowanie substancji, prawdopodobnie otwierając drzwi dla znacznie poważniejszych zastosowań oobleck. (Czy ten model ocaliłby Królestwo Didda, nigdy się nie dowiemy).
„Mogą istnieć sposoby wykorzystania tego materiału w sposób, o którym jeszcze nie myśleliśmy, w którym można zaprojektować go tak, aby zachowywał się jak ciało stałe w bardzo, bardzo szczególnych okolicznościach” - powiedział kierownik badania Ken Kamrin, inżynier mechanik z Instytut Technologii w Massachusetts. Jednym z przykładów, powiedział Kamrin Live Live, może być odzież ochronna, która może się poruszać i płynąć elastycznie, chyba że zostanie mocno uderzona, w którym to przypadku usztywni się i będzie działać jak tarcza.
Niezwykły płyn
Oobleck jest płynem nienewtonowskim, określającym płyny, które zmieniają lepkość (jak łatwo płyną) pod wpływem stresu. Kiedy powoli przesuwasz palcami przez skrobię kukurydzianą i wodę, działa ona jak ciecz, ale działa gwałtownie, krzepnie, zgina się, a nawet łzy.
„To naprawdę jest jak płyn, jeśli poruszasz go powoli, ale robi wszystko, czego oczekujesz od bryły, jeśli szybko się z nią bawisz”, powiedział Kamrin.
Po dyskusji naukowej na temat właściwości ooblecka Kamrin i jego koledzy rozpoczęli „bardzo zdrową” wewnętrzną debatę na temat tego, czym skrobia kukurydziana i woda mogą różnić się od innych mokrych, ziarnistych materiałów. Naukowiec i jego zespół zazwyczaj koncentrują się na przepływie piasku, żwiru i innych materiałów przemysłowych. Ale skrobia kukurydziana jest inna, powiedział, głównie dlatego, że cząsteczki są tak małe. Cząstki skrobi kukurydzianej mają wielkość od mikrona do 10 mikronów, mniejszą niż średnica ludzkiego włosa.
Kamrin powiedział, że przy tym rozmiarze cząstki są podatne na najmniejsze siły termiczne i elektryczne. W rezultacie cząstki skrobi kukurydzianej w wodzie faktycznie odpychają się nawzajem, oddzielone siłami zbyt słabymi, aby uderzyć w coś tak dużego jak ziarnko piasku. Ta siła odpychająca wspomaga przepływ zawiesiny, ponieważ cząstki wolą warstwę płynu między nimi. Ale kiedy są ściśnięte razem, tarcie przejmuje kontrolę i cząsteczki poruszają się jak ciało stałe.
Robienie modelu
Kamrin i jego zespół rozpoczęli od komputerowego modelu mokrego piasku, który już opracowali, wprowadzając poprawki w celu lepszego naśladowania mokrej skrobi kukurydzianej. Co najważniejsze, dodali dodatkową zmienną, aby przewidzieć, ile ziaren skrobi kukurydzianej styka się ze sobą w danym obszarze płynu. Ta zmienna, którą Kamrin żartobliwie nazywa „grudkowatością”, pozwala modelowi określić, jak będzie wyglądał jak bryła lub ciecz.
Model opisany 27 września w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences może być wykorzystany do symulacji reakcji ooblecka na różne siły, takie jak ściśnięcie między dwiema płytami lub uderzenie pociskiem. Naukowcy przetestowali również model z wirtualnym „kołem”, przesuwając go nad zbiornikiem oobleck, stwierdzając, że im szybciej koło się porusza, tym twardsza jest powierzchnia oobleck.
Kamrin powiedział, że eksperyment ten przypomina jedno potencjalne zastosowanie oobleca jako tymczasowego wypełnienia dziur. Na drodze o wystarczająco wysokim ograniczeniu prędkości worek oobleck (lub materiał podobny do ooblecka) mógłby zostać zrzucony do dziury, odkształcając się, aby wypełnić pustkę i przechodząc w ciało stałe po przejechaniu przez koła samochodu.
W miarę jak naukowcy zajmujący się materiałami coraz bardziej interesują się dziwnymi właściwościami ooblecka, nowy model może być przydatny do testowania aplikacji wirtualnie, powiedział Kamrin.
„Możesz w zasadzie spróbować zaprojektować na komputerze przy użyciu modelu” - powiedział - „a kiedy już pomyślisz, że masz odpowiedni protokół, możesz coś zrobić”.
Pierwotnie opublikowany w dniu Nauka na żywo.
