Gelöst das Geheimnis hinter dieser nicht-Newtonschen Flüssigkeit endlich?


Mischung aus Mais Stärke und Wasser sorgt für einen allseits beliebten Grundnahrungsmittel der Wissenschaft Demos. Die daraus resultierende Substanz sieht aus wie eine Flüssigkeit, aber härtet sofort, wenn Sie es schlagen – in der Tat ist es möglich, über einen Pool von dem Zeug zu betreiben. Jetzt Physiker denken, dass sie herausgefunden haben, nur was passiert, wenn schaltet sich dieses ungewöhnliche Material von einer Flüssigkeit zu einem festen hoffentlich endet eine lang andauernde Debatte. Sie beschrieb ihre Ergebnisse in einem neuen Papier in Physical Review Letters.

Die Mischung hat viele Namen, aber die häufigste ist "Oobleck", eine Anspielung auf die klassische Geschichte von Dr. Seuss, Bartholomäus und die Oobleck. Es ist wirklich einfach zu Ihrem eigenen machen. Kombinieren Sie einfach zwei Tassen Maisstärke – fügen Sie drei Tropfen grüne Lebensmittelfarbe, wenn Sie, dass Rotz-Seuss Effekt möchten – und genug Wasser, um eine Mischung zu erstellen, die ähnelt Pfannkuchenteig (in der Regel zu gleichen Teilen Stärke und Wasser) nach und nach unterrühren.

Es ist ein schönes Beispiel für eine so genannte "nicht-Newtonsche Flüssigkeit." Isaac Newton beschrieb die Eigenschaften einer "idealen Flüssigkeit" zurück im 17. Jahrhundert, einer davon Viskosität ist, lose definiert, wie viel Reibungswiderstand dort ist, in einen bestimmten Stoff zu fließen. Oobleck ist das Gegenteil einer idealen Flüssigkeit. Wie ich bereits im Jahr 2007 schrieb:

Die Reibung entsteht, weil eine fließende Flüssigkeit ist im Wesentlichen eine Reihe von Schichten aneinander vorbei gleiten. Schnellere einlagig gleitet über eine andere, desto mehr Widerstand gibt, und die langsameren einlagig gleitet über eine andere, die weniger Widerstand gibt es. Wer jemals ihren Arm aus dem Fenster eines fahrenden Autos gesteckt hat kann bestätigen, dass es gibt mehr Luftwiderstand desto schneller sich das Auto bewegt (Luft ist technisch eine Flüssigkeit).

Das ist das Grundprinzip. Aber die Welt ist keiner ideale Ort... In Newtons ideale Flüssigkeit, die Viskosität ist weitgehend abhängig von Temperatur und Druck: Wasser wird weiterhin fließen — d. h. Verhalten sich wie Wasser – unabhängig von anderen Kräfte handeln, wie zum Beispiel gerührt oder gemischt. In einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit [wie Oobleck] ändert sich die Viskosität als Reaktion auf eine angewandte Belastung oder Scherkraft, damit beiderseits der Grenze zwischen flüssigen und festen Verhalten.

Lassen Sie den elften Doctor Who, Matt Smith, demonstrieren:

Das ist die große Bild-Erklärung, aber Physiker haben wurden streiten seit Jahrzehnten genau was in dem kleinen Maßstab vor sich geht weil Experimente und Computer Modellstudien vereinbart noch nicht. Aus Sicht der Physik sprechen wir über mikroskopisch kleine Partikel in der Flüssigkeit (Kolloide) ausgesetzt. Auf der einen Seite sind Physiker, die denken, dass die Reibung zwischen den Mikro-Partikeln ausgesetzt verriegeln sie, wie eine Flüssigkeit fließen zu widerstehen.

Andererseits sind diejenigen, die eine hydrodynamische Erklärung: die Mikro-Partikeln sind enger zusammen mit den Auswirkungen geschoben, und die Flüssigkeit zwischen ihnen hinausgedrängt, Widerstand, das verlangsamt sie ausreichend, sie kurz zu sperren in sogenannten "Hydroclusters."

Wer ist richtig? Physiker am Georgetown University und National Institute of Standards and Technology denke, sie haben die Antwort: beide Seiten haben Recht. Die beiden konkurrierenden Theorien sind eigentlich komplementär. So ist es irgendwie eine Win-Win für Physik.

"Dieser Übergang zeigt, dass Scherkräfte Verdickung in erster Linie durch Reib-Kontakte mit hydrodynamischen Kräfte spielen eine tragende Rolle bei niedrigeren Konzentrationen von Partikeln angetrieben wird, wenn Mischungen weniger dicht sind," sagte leitende Autor John Royer von NIST in einer Erklärung.

Okay, aber warum sollten wir uns kümmern? Diese Arten von Effekten "diktieren, wie viel Zeug können Sie bewegen und mit welcher Geschwindigkeit" Co-Autor Daniel Blair, Georgetown Universität Physik-Professor, sagte in einer Erklärung. "In der chemischen Prozessindustrie suchen Sie nach der effizienteste Weg, etwas über eine Rohrleitung zu bewegen, ohne eine Pumpe. Um das zu tun, wollen Sie so viel wissen wie möglich über die Scherung Verdickung, damit Sie, es steuern können."

Scher-Verdickung Flüssigkeiten werden bereits am Prototyp kugelsichere Westen und Sportgeräte, eingesetzt, weil ihre Empfindlichkeit beeinflussen, dass sie besser die Energie eines Hochgeschwindigkeits-Projektil oder harter Aufprall zu absorbieren bedeutet, während immer noch flexibel genug, um bequem zu tragen. Die amerikanischen und kanadischen Skifahrer in den Olympischen Spielen 2006 trug eine ähnliche Form der "intelligenten Rüstung", hergestellt von einer britischen Firma namens d3o Labs.

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