Суспензія з кукурудзяного крохмалю і води набагато дивніша, ніж сума її частин. Рухайте його повільно, і воно тече, як рідина; вдарити його чи швидко, і він замикається як твердий.
Гоо настільки дивний, що здобув сейсську славу (і ім'я) у "Варфоломії та Ооблеці", в якому ця речовина майже запечатала долю Дідського королівства.
Крім казок, oobleck - це основна частина наукових лабораторій та дошкільних класів. Зараз дослідники створили першу тривимірну комп'ютерну модель, яка може передбачити, здавалося б, таємничу поведінку речовини, можливо, відкривши двері для куди більш серйозних застосувань oobleck. (Чи врятувала б ця модель Царство Діда чи ні, ми ніколи не дізнаємось.)
"Можливо, існують способи використання цього матеріалу способами, про які ми ще не роздумували, де ви можете спроектувати його, щоб перетворитись на тверду поведінку за дуже, дуже конкретних обставин", - сказав керівник дослідження Кен Камрін, інженер-механік Массачусетський технологічний інститут Одним із прикладів, за якими Камрін розповів Live Science, може бути захисний одяг, який міг би рухатися і текти гнучко, якщо не вдариться сильно, і в цьому випадку він буде жорстким і буде діяти як щит.
Незвичайна рідина
Oobleck - це неньютонівська рідина, термін для рідин, які змінюють в'язкість (як легко вони течуть) під напругою. Коли ви повільно проводите пальцями по кукурудзяному крохмалю і воді, він діє як рідина, але застосовуйте швидку силу, і вона твердне, згинається і навіть сльозиться.
"Це дійсно схоже на рідину, якщо ти рухаєш її повільно, але це робить усе, що ти очікуєш від твердої речовини, якщо швидко з нею граєш", - сказав Камрін.
Побачивши наукову розмову про властивості oobleck, Камрін та його колеги розпочали "дуже здорову" внутрішню дискусію щодо того, чим кукурудзяний крохмаль та вода можуть відрізнятися від інших вологих, зернистих матеріалів. Вчений та його команда зазвичай зосереджуються на потоці піску, гравію та інших промислових матеріалів. Але кукурудзяний крохмаль відрізняється, за його словами, багато в чому тому, що частинки такі маленькі. Частинки кукурудзяного крохмалю мають розмір від мікрона до 10 мкм, менший за діаметр волосся людини.
При такому розмірі частинки чутливі до найдрібніших теплових і електричних сил, сказав Камрін. В результаті частинки кукурудзяного крохмалю у воді насправді трохи відштовхуються один від одного, утримуючись один від одного занадто слабкими силами, щоб впливати на щось таке велике, як зерно піску. Ця відштовхувальна сила допомагає шламу текти, оскільки частинки віддають перевагу шару рідини між ними. Але при стисненні разом тертя переймається і частинки рухаються, як тверда речовина.
Виготовлення моделі
Камрін та його команда розпочали розробляти комп'ютерну модель мокрого піску, яку вони вже розробили, внісши коригування, щоб краще імітувати мокрий кукурудзяний крохмаль. Найголовніше, що вони додали додаткову змінну, щоб передбачити, скільки зерен кукурудзяного крохмалю торкаються одне одного в даній області рідини. Ця змінна, яку Камрін жартома називає "незграбністю", дозволяє моделі визначати, наскільки твердим або рідким є овулок.
Модель, викладена 27 вересня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, може бути використана для імітації реакції oobleck на різні сили, як, наприклад, стиснення між двома пластинами або удари снарядом. Дослідники також випробували модель з віртуальним «колесом», провівши її по цистерні oobleck, виявивши, що чим швидше колесо рухається, тим міцніше поверхня oobleck.
Цей експеримент повторює одне потенційне використання уоблека як тимчасової заповнення вибоїн, сказав Камрін. На дорозі з достатньо високою обмеженою швидкістю мішок з уоблек (або матеріал, схожий на oobleck) можна скинути в вибоїну, деформуючись, щоб заповнити порожнечу і переходити до твердого тіла, коли наїжджати на колеса автомобіля.
Оскільки матеріали вчені стають все більш зацікавленими у дивних властивостях oobleck, нова модель може бути корисна практично для тестування додатків, сказав Камрін.
"Ви в основному можете спробувати спроектувати на комп'ютері за допомогою моделі, - сказав він, - і як тільки ви думаєте, що маєте правильний протокол, ви можете щось зробити".
Спочатку опубліковано о Жива наука.
