Kodėl tirštas kečupas išbėga iš buteliuko?

Tai – viena svarbiausių žmonijos paslapčių. Kaip kečupas, prilipęs prie buteliuko dugno, vos papurčius ar paspaudus gausiai pasipila ant gruzdintų bulvyčių?

Niujorko Cornell universiteto mokslininkai mano, kad jie atskleidė šią paslaptį, tuo pačiu atmetę teoriją, kuria tikėta kelis dešimtmečius, rašo telegraph.co.uk.

Ji tvirtina atradę „vienos dalelės dinamiką“, dėl kurios pasireiškia vadinamoji „neniutoniška elgsena“ - bėgimas čiurkšlėmis, būdingas kečupui, garstyčioms ir kai kuriems kitiems skysčiams.

Normalūs niutoniški skysčiai, pavyzdžiui, vanduo, išlieka tokio paties takumo nepaisant juos veikiančių jėgų. Tačiau neniutoninių skysčių, pavyzdžiui, kečupo, savybės keičiasi juos paveikus.

Plastikinio buteliuko dugne kečupas būna beveik kietos būsenos tol, kol jis nėra paspaudžiamas ir pasipila ant jūsų dešrainio tarsi skystis. Fizikiniais terminais tai vadinama „skystėjimu dėl šlyties“ (pseudoplastinio skysčio savybė).

Tuo tarpu garstyčios pasižymi skysčio takumo savybėmis tol, kol per jas netrinktelėsite šaukštu, kuomet jos beveik sukietėja. Tai yra vadinama „kietėjimu dėl šlyties“ (dilatantinio skysčio savybė)

Mokslininkai buvo įsitikinę, kad keistas neniutoniškas kai kurių skysčių elgesys yra lemiamas dalelių, judančių sluoksniais – panašiai, kaip greitkelio juostomis juda automobiliai.

Mokslininkai manė, kad kečupą paveikus jėga dalelių trajektorijos susilygina, todėl vyksta mažiau susidūrimų tarp jų ir palengvėja tėkmė.

Tuo tarpu garstyčių sluoksnius, mokslininkų manymu, fizinis poveikis sutrikdo, todėl padažnėja susidūrimai ir atrodo, kad skystis sukietėja. Tačiau eksperimentiniais duomenimis niekada nepavyko patvirtinti ar atmesti šios idėjos.

Dabar Cornell universiteto mokslininkai, vadovaujami Xiango Chengo, sėkmingai atliko eksperimentus, kurie, panašu, paneigė „eismo juostų“ hipotezę.

Mokslininkai, naudoję konfokalinį mikroskopą ir viskozimetrą, stebėjo silikagelio rutuliukų, suspensijos vandens ir glicerino tirpale tėkmę, mišinio savybėms kintant nuo skystėjimo iki niutoniškos elgsenos ir iki tirštėjimo.

Pagal stebėjimų duomenis mokslininkai padarė išvadą, kad sluoksnių kiekis nekeičia skysčio savybių tiek, kad sukeltų neniutonišką skysčio elgseną.

Dabar šie mokslininkai įsitikinę, kad skystėjimas dėl šlyties įvyksta tuomet, kai išorinio poveikio jėgos būna stipresnis nei šiluminis Brauno judėjimas, dėl kurio dalelės tūryje pasiskirsto atsitiktinai.

Taip pat jie padarė išvadą, kad kietėjimas dėl šlyties vyksta tuomet, kai dalelės viena kitos atžvilgiu juda per daug greitai, kad iš jų tako spėtų pasitraukti vanduo, todėl dalelės sukimba ir sudaro gniužulus, dėl kurių didėja skysčio klampumas.

Delaware universiteto (JAV) chemijos inžinierius Normanas Wagneris mano, kad X. Chengo vadovaujama grupė pirmą kartą pateikė tiesioginio grupavimosi teorijos, lemiančios skystėjimą dėl šlyties, stebėjimo duomenis.

„Mokslininkų konfokalinis reoskopas yra perspektyvus įrankis siekiant gerinti sudėtingų skysčių mikromechanikos suvokimą, nes fiksuoja realius takių modelinių sistemų vaizdus“, - komentavo mokslininkas.

Tuo tarpu Kalifornijos technologijų instituto (JAV) chemijos inžinierius Johnas Brady mano, jog Cornell universiteto mokslininkai savo išvadas pateikė naudodamiesi pernelyg supaprastinta dalelių atsipalaidavimo suspensijoje lygtimi.

Pats X. Chengas mano, jog jo tyrimo rezultatai gali būti svarbus kuriant pramoninius įrenginius, kurių veikla susijusi su neniutoniniais skysčiais.

Jis sakė: „Turime geriau suprasti skysčių skystėjimo ir kietėjimo dėl šlyties savybes kad galėtume tiksliau kontroliuoti jų tėkmės greitį. Įsivaizduokite kietėjimą dėl šlyties – jis gali staiga užkimšti aparatą tuomet, kai jo tėkmės greitis ar sukimosi dažnis viršija tam tikrą ribą. Tai galėtų sukelti nelaimę“. Tačiau kol kas nežinoma kaip galima būtų pasinaudoti tokia moksline pažanga norint pagerinti kečupo išbėgimo iš buteliuko savybes.