Суспензия кукурузного крахмала и воды намного страннее, чем сумма его частей. Двигайте это медленно, и он течет как жидкость; ударить или убрать его быстро, и он застрянет как твердое тело.
Goo настолько странно, что он приобрел известность (и название) в Сеусе в «Варфоломей и Облецк», в котором вещество почти решило судьбу Королевства Дидд.
Помимо сказок, ооблек - главный предмет научных лабораторий и дошкольных классов. Теперь исследователи создали первую трехмерную компьютерную модель, которая может предсказать, казалось бы, загадочное поведение вещества, возможно, открывая двери для гораздо более серьезного использования ооблека. (Сможет ли эта модель спасти Королевство Дидд, мы никогда не узнаем.)
«Могут быть способы использования этого материала способами, о которых мы еще не думали, когда вы можете разработать его, чтобы он превращался в твердое поведение в очень, очень специфических обстоятельствах», - сказал руководитель исследования Кен Камрин, инженер-механик из Массачусетский Технологический Институт. Одним из примеров, сказал Камрин в интервью Live Science, может быть защитная одежда, которая может двигаться и плавно двигаться, если не ударить сильно, и в этом случае она будет напрягаться и действовать как щит.
Необычная жидкость
Oobleck - это неньютоновская жидкость, термин, обозначающий жидкости, которые изменяют вязкость (насколько легко они текут) в условиях стресса. Когда вы медленно проводите пальцами по кукурузному крахмалу и воде, он действует как жидкость, но применяет быструю силу и затвердевает, изгибается и даже разрывается.
«Это действительно похоже на жидкость, если вы двигаете ее медленно, но она делает все, что вы ожидаете от тела, если вы играете с ней быстро», - сказал Камрин.
Увидев научный доклад о свойствах ооблека, Камрин и его коллеги начали «очень здоровые» внутренние дебаты о том, как кукурузный крахмал и вода могут отличаться от других влажных гранулированных материалов. Ученый и его команда обычно сосредоточены на потоках песка, гравия и других промышленных материалов. Но кукурузный крахмал отличается, сказал он, в основном потому, что частицы такие крошечные. Частицы кукурузного крахмала имеют размер от микрона до 10 микрон, меньше диаметра человеческого волоса.
При этом размере частицы восприимчивы к малейшим тепловым и электрическим силам, сказал Камрин. В результате частицы кукурузного крахмала в воде фактически слегка отталкиваются друг от друга, будучи разделенными силами, слишком слабыми, чтобы воздействовать на что-то такое большое, как песчинка. Эта сила отталкивания помогает потоку суспензии, поскольку частицы предпочитают слой жидкости между ними. Но когда они сжаты вместе, трение вступает во владение, и частицы движутся как твердое тело.
Делать модель
Камрин и его команда начали с компьютерной модели мокрого песка, которую они уже разработали, внося изменения, чтобы лучше имитировать влажный кукурузный крахмал. Что наиболее важно, они добавили дополнительную переменную, чтобы предсказать, сколько зерен кукурузного крахмала касаются друг друга в данной области жидкости. Эта переменная, которую Камрин в шутку называет «комковатостью», позволяет модели определить, насколько будет похож твердый или жидкий ооблек.
Модель, описанную 27 сентября в журнале «Известия Национальной академии наук», может быть использована для имитации реакции Облека на различные силы, например, когда она зажата между двумя плитами или поражена снарядом. Исследователи также проверили модель с виртуальным «колесом», проведя ее над резервуаром ооблека, обнаружив, что чем быстрее колесо движется, тем прочнее поверхность ооблека.
По словам Камрина, этот эксперимент перекликается с одним потенциальным использованием oobleck в качестве временного заполнения выбоин. На дороге с достаточно высоким ограничением скорости в выбоину может быть сброшена сумка ооблека (или материала, похожего на ооблек), деформирующаяся, чтобы заполнить пустоту, и переходящая в твердое тело при наезде на колеса автомобиля.
По словам Камрина, поскольку материаловеды все больше интересуются странными свойствами Ооблека, новая модель может оказаться полезной для тестирования приложений.
«По сути, вы можете попытаться спроектировать на компьютере, используя модель, - сказал он, - и как только вы решите, что имеете правильный протокол, вы можете что-то сделать».
Первоначально опубликовано на Живая Наука.
