Αχ, καλοκαίρι στην παραλία! Ο ήλιος αγκαλιάζει το σώμα σας, η άμμος φωλιάζει ανάμεσα στα δάχτυλα των ποδιών σας καθώς στο ένα σας χέρι κρατάτε ένα λαχταριστό παγωτό!

Για τους μικρούς και μεγάλους επιστήμονες, ένα ταξίδι στην παραλία είναι επίσης μια τέλεια ευκαιρία να εξερευνήσουν τις περίεργες ιδιότητες ορισμένων συναρπαστικών υγρών.

Από το παχύρρευστο στο λεπτόρρευστο

από το μπουκάλι, απλώνεται εύκολα στο δέρμα σας, παρέχοντας ένα ομοιόμορφο προστατευτικό στρώμα που σας προστατεύει από τις ακτίνες του ήλιου. Αλλά μόλις έρθει σε επαφή με το δέρμα σας, το αντηλιακό αποκτά πιο παχύρρευστη σύσταση – έχει υψηλότερη πηκτότητα (ιξώδες) – εμποδίζοντας το να στάξει. Το μέτρο του ιξώδους είναι ο συντελεστής συνεκτικότητας ή συντελεστής εσωτερικής τριβής ή συντελεστής ιξώδους του υγρού. Όσο πιο παχύρρευστο είναι ένα υγρό, τόσο μεγαλύτερο ιξώδες λέμε ότι έχει, π.χ. το μέλι έχει μεγαλύτερο ιξώδες από το λάδι.

Το ιξώδες είναι η ικανότητα ενός υγρού να διατηρεί το σχήμα του όταν ασκείται μια δύναμη. Το αντηλιακό είναι αυτό που ονομάζεται διατμητικό υγρό, που σημαίνει ότι το τρίψιμο μειώνει το ιξώδες του, ώστε να ρέει πιο εύκολα.

Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται συνήθως σε υγρά που περιέχουν μόρια που μοιάζουν με αλυσίδες και ονομάζονται πολυμερή. Σε κατάσταση ηρεμίας, τα πολυμερή είναι μπλεγμένα μεταξύ τους σε ένα ακανόνιστο μοτίβο, αλλά όταν τα σπρώχνουμε, αναδιατάσσονται σε στρώματα που γλιστρούν πιο εύκολα το ένα δίπλα στο άλλο.

Τα διατμητικά υγρά είναι αρκετά συνηθισμένα. Η κέτσαπ είναι ένα κλασικό παράδειγμα: έχει υψηλό ιξώδες σε κατάσταση ηρεμίας, με αποτέλεσμα να κολλάει στις πλευρές του μπουκαλιού μέχρι να το ανακινήσετε, οπότε το ιξώδες του μειώνεται καθώς ρέει από το ακροφύσιο.

Όταν η κέτσαπ προσγειώνεται στο πιάτο σας, το ιξώδες της αυξάνεται και πάλι, οπότε σχηματίζει μια ικανοποιητική κουταλιά. Αν αυτό αρχίζει να σας κάνει να φαντάζεστε burgers και κέτσαπ και σας τρέχουν τα σάλια, θα σας ενδιαφέρει να μάθετε ότι το σάλια είναι κι αυτά επίσης ένα διατμητικό υγρό!

Αποτυπώματα στην άμμο

Το αντίθετο ενός διατμητικού λεπτόρρευστου υγρού είναι ένα διατμητικό παχύρρευστο υγρό, ένα υλικό του οποίου το ιξώδες αυξάνεται κατά την εφαρμογή του.

Ένα γνωστό παράδειγμα είναι η πολύ υγρή άμμος: αν πάρετε μια χούφτα, θα κυλήσει ανάμεσα στα δάχτυλά σας σαν κοκκώδης κρέμα. Όταν τη συμπιέσετε, ωστόσο, η άμμος γίνεται σφιχτή και, αντιφατικά, φαίνεται ξηρή.

Αυτή η συμπεριφορά, που ονομάζεται φαινόμενο της υγρής άμμου, συμβαίνει επειδή η συμπιεστική δύναμη του χεριού σας σπρώχνει τους μικροσκοπικούς κόκκους της άμμου, δημιουργώντας χώρο που επιτρέπει στο νερό να στραγγίζεται από την επιφάνεια.

Το ίδιο φαινόμενο σας επιτρέπει να τρέξετε πάνω σε υγρή άμμο, δημιουργώντας σταθερά και στεγνά σημεία όπου προσγειώνονται τα πόδια σας. Αν όμως μείνετε ακίνητοι και κουνήσετε απαλά τα δάχτυλα των ποδιών σας, η υγρή άμμος επανέρχεται σε υγρή κατάσταση, επιτρέποντας στα πόδια σας να βυθιστούν μέσα – και να κάνουν ένα ευχάριστο γλίστρημα όταν τα αποσύρεται από αυτήν.

Ο Νεύτωνας στην παραλία

Τα πιο απλά υγρά, όπως το νερό, έχουν λίγο πολύ σταθερό ιξώδες. Αυτά ονομάζονται Νευτώνεια ρευστά, από το όνομα του Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος κατέγραψε για πρώτη φορά τον μαθηματικό νόμο που τα περιγράφει στο διάσημο βιβλίο του Principia του 1687.

Για να καταλάβετε το ιξώδες, φανταστείτε να πίνετε νερό μέσα από ένα καλαμάκι. Όταν ρουφάτε, δημιουργείτε χαμηλότερη πίεση στο πάνω μέρος του καλαμακίου από ό,τι στο κάτω μέρος του, τραβώντας το νερό προς τα πάνω.

Το υγρό κοντά στα τοιχώματα του καλαμακίου υφίσταται τριβές, οπότε ρέει πιο αργά από το υγρό κοντά στο κέντρο. Ο Νεύτωνας συλλογίστηκε ότι το υγρό διαχωρίζεται σε λεπτά στρώματα που γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο με μια σχετική ταχύτητα που εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη δύναμη.

Το ιξώδες μετράει το μέγεθος της τριβής μεταξύ αυτών των διαφορετικών στρωμάτων. Όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες (σκεφτείτε ένα μιλκσέικ), τόσο μεγαλύτερη δύναμη πρέπει να ασκήσετε για να ρουφήξετε το υγρό με το καλαμάκι.

Ο νόμος του Νεύτωνα για το ιξώδες, όπως είναι γνωστός, είναι ένα μαθηματικό ιδεώδες. Κανένα υγρό δεν συμπεριφέρεται ακριβώς με αυτόν τον τρόπο στην πραγματικότητα, αλλά τα κοινά υγρά όπως το νερό, το αλκοόλ και το φυτικά έλαια προσομοιάζουν αρκετά.

Αντίθετα, τα μη Νευτώνεια ρευστά -συμπεριλαμβανομένων των ρευστών που αραιώνουν και πυκνώνουν διατμητικά- δεν υπακούουν στο νόμο του Νεύτωνα για το ιξώδες: το ιξώδες τους αλλάζει ανάλογα με το πόση δύναμη ασκείται σε αυτά.

Ώρα για παγωτό!

Το παγωτό αποτελείται από ένα παγωμένο μείγμα από κρέμα γάλακτος, γάλα, ζάχαρη και αρωματικές ουσίες, αλλά η μοναδική συμπεριφορά της κρέμας είναι υπεύθυνη για την παγωμένη χαρά που προσφέρει ένα καλό.

Η κρέμα είναι ένα ιδιόμορφο τρόφιμο. Είναι ένα γαλακτοκομικό προϊόν που αποτελείται από την λιπαρή στιβάδα που σχηματίζεται στην κορυφή ενός περιέκτη γάλακτος άνευ ομογενοποίησης. Επειδή τα λίπη έχουν μικρότερη πυκνότητα ανεβαίνουν στην κορυφή. Στη βιομηχανική παραγωγή της κρέμας γάλακτος, η διαδικασία διαχωρισμού επιταχύνεται με φυγοκέντριση.

Η γαλακτώδης υφή που προκύπτει από τα σφαιρίδια λίπους και μια μικρή ποσότητα υγρού προσδίδει στην κρέμα τη μεταξένια της υφή. Όταν η κρέμα χτυπιέται, η εφαρμοζόμενη δύναμη σπάει τις μεμβράνες των λιπαρών σφαιριδίων, τα οποία συγκολλούνται γύρω από τον παγιδευμένο αέρα, παράγοντας ένα μείγμα φυσαλίδων και κρέμας: τη σαντιγί.

Η σαντιγί είναι ένας τύπος μη-νευτωνιανού ρευστού που ονομάζεται «πλαστικό Bingham»: σε ηρεμία, είναι ημιστερεή, σχηματίζοντας σκληρές κορυφές που είναι ιδανικές για να τις τοποθετήσετε πάνω σε φράουλες ή κέικ. Αλλά υπό την επίδραση επαρκούς δύναμης, μπορεί να ρέει σαν υγρό: μέσα από το ακροφύσιο του σωληνάριου της σαντιγίς, για παράδειγμα.

Όπως γνωρίζει όποιος έχει φτιάξει σαντιγί μόνος του στο σπίτι, το βασικό συστατικό είναι ο χρόνος. Η μετατροπή από υγρό σε ημιστερεό προκαλείται με την εφαρμογή δύναμης για ένα χρονικό διάστημα.

Οι φυσαλίδες αέρα που είναι παγιδευμένες στην κρέμα δίνουν στο παγωτό τη μαλακή του υφή. Στην πραγματικότητα, ο αέρας μπορεί να αποτελεί έως και το 50% του συνολικού όγκου του παγωτού, γεγονός που εξηγεί γιατί είναι λιγότερο πυκνό από το νερό – και γιατί μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να φτιάξετε ένα παγωτό που επιπλέει.

Φανταστικά υγρά

Τα μη-νευτώνεια ρευστά βρίσκονται σε όλα τα είδη των χρήσιμων ουσιών, από τα βιοκαύσιμα μέχρι το πλάσμα του αίματος, και υπάρχουν ακόμη πολλά γι’ αυτά να ανακαλύψουμε. Όπως είπε ο ίδιος ο Ισαάκ Νεύτωνας:

Δεν ξέρω πώς με βλέπει ο κόσμος. Εγώ, πάντως, με βλέπω σαν ένα παιδί που παίζει στην παραλία απασχολημένο με το να βρίσκει, κάθε λίγο και λιγάκι, ένα πιο λείο βότσαλο ή ένα όστρακο, πιο όμορφο από τα συνηθισμένα, ενώ ο μεγάλος ωκεανός της αλήθειας απλώνεται ανεξερεύνητος μπροστά του.

Να ένας υπέροχος τρόπος για να περάσεις μια καλοκαιρινή μέρα;

Διαβάστε επίσης: Πλήρης οδηγός skincare για καπνιστές και καπνίστριες