Ένα μη-νευτώνιο υγρό που χορεύει

Στο πείραμα που ακολουθεί θα βρείτε οδηγίες για να φτιάξετε ένα μη-νευτώνιο υγρό (πχ σάλτσα κέτσαπ ή αίμα) και να το κάνετε να «χορεύει». Αναλυτικές οδηγίες και την επιστημονική εξήγηση για το πείραμα μπορείτε να βρείτε στην ιστοσελίδα της Διαδραστικής Έκθεσης Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ευγενίδειου Ιδρύματος
Τα νευτώνεια υγρά ή φυσικά ρευστά είναι αυτά που εμφανίζουν χαμηλό ιξώδες, είναι μάλλον ασυμπίεστα και κατά την ροή τους αναπτύσσονται πολύ μικρές εσωτερικές τριβές στα μόρια τους. Τέτοια ρευστά είναι π.χ. το νερό, τα υδατικά διαλύματα, ορισμένοι υδατικοί διαλύτες, τα αραιά αιωρήματα και γαλακτώματα, καθώς και όλα τα αέρια.
Ένα μη νευτώνειο ρευστό είναι αυτό του οποίου οι ιδιότητες της ροής του διαφέρουν ολοκληρωτικά από εκείνες των νευτώνειων ρευστών. Δηλαδή παρουσιάζουν χαμηλό ιξώδες ιδιαίτερα όταν υποβάλλονται σε ανάδευση και γίνονται περισσότερο λεπτόρρευστα, όπως, για παράδειγμα, το τυπογραφικό μελάνι, οι διάφορες βαφές (ελαιοχρώματα κλπ). Επίσης σ΄αυτή τη κατηγορία υπάγονται τα πυκνά αιωρήματα καθώς και τα διάφορα πυκνά γαλακτώματα.

Εκτέλεση του πειράματος
Υλικά
1 κουτί άνθους αραβοσίτου (corn flour)
νερό
1 κουτάλι
1 μικρό μπολ
Οδηγίες
Τοποθετήστε στο μπολ ποσότητα ίση με μισό περίπου κουτί άνθους αραβοσίτου (χρησιμοποιώντας αυτή την ποσότητα παρατηρούμε συνήθως ικανοποιητικά αποτελέσματα). Προσθέστε λίγο νερό (αναλογία περίπου 2,5 μέρη άνθους αραβοσίτου προς 1 μέρος νερού) και ανακατέψτε αργά μέχρι να σχηματιστεί ένα ομογενές μείγμα. Το μείγμα σας, θα πρέπει να μοιάζει με ένα παχύρρευστο υγρό. Αν η αναλογία είναι σωστή, θα πρέπει να συναντάτε αντίσταση όταν προσπαθείτε να ανακατέψετε το υγρό αυτό γρήγορα. Αντίθετα, όταν κινείτε αργά το κουτάλι η αντίσταση που νιώθετε θα πρέπει να είναι μικρή, όπως σε ένα συνηθισμένο υγρό. Αν το υγρό δεν παρουσιάζει αυτή τη συμπεριφορά, πειραματιστείτε με τις αναλογίες μέχρι να το πετύχετε (προσθέστε λίγο νερό ή άνθος αραβοσίτου αντίστοιχα).
Τι συμβαίνει
Παρατηρούμε ότι το μείγμα που δημιουργήσαμε συμπεριφέρεται σαν ρευστό όταν του ασκούμε μικρές δυνάμεις, (π.χ. το ανακατεύουμε πολύ αργά), ενώ όταν οι δυνάμεις είναι μεγαλύτερες, (π.χ. προσπαθούμε να το ανακατέψουμε γρήγορα), αντιδρά σαν στερεό. Το υγρό που δημιουργήσαμε ανήκει στην κατηγορία των μη νευτώνειων ρευστών. Στα ρευστά της κατηγορίας αυτής, το ιξώδες τους (δηλ. το πόσο παχύρρευστα είναι) εξαρτάται από τις δυνάμεις που τους ασκούνται. Αντίθετα, στα «κανονικά» (νευτώνεια) ρευστά το ιξώδες δεν επηρεάζεται από εξωτερικές δυνάμεις.
Άλλα γνωστά, μη νευτώνεια ρευστά είναι το κέτσαπ, η κινούμενη άμμος, η οδοντόπαστα, το μελάνι κ.λπ.. Ορισμένα βέβαια από αυτά, όπως το κέτσαπ, παρουσιάζουν ακριβώς την αντίθετη συμπεριφορά απ’ αυτήν του μείγματός μας, δηλαδή είναι πιο παχύρρευστα όταν τους ασκούνται μικρές δυνάμεις και λιγότερο όταν δέχονται μεγαλύτερες δυνάμεις. Για το λόγο αυτόν ανακινούμε το μπουκάλι με το κέτσαπ προκειμένου να γίνει λιγότερο παχύρρευστο και να βγει από το μπουκάλι.
Αν θέλετε να κάνετε το παραπάνω πείραμα πραγματικά εντυπωσιακό, ρίξτε το υγρό αυτό σε ένα ηχείο, αφού πρώτα το καλύψετε με διαφανή μεμβράνη για να μην καταστραφεί! Βάλτε να παίξει ένα μουσικό κομμάτι με πολύ χαμηλές συχνότητες (δηλ. με πολλά μπάσα), π.χ. συχνότητες γύρω στα 30 Hz. Στην περίπτωση αυτή οι δονήσεις του ηχείου παρέχουν τις απαραίτητες δυνάμεις, με αποτέλεσμα το υγρό να «χορεύει»!
ΠΡΟΣΟΧΗ: Όταν τελειώσετε ρίξτε το μείγμα στα σκουπίδια και όχι στον νεροχύτη ή στην τουαλέτα γιατί μπορεί να φράξει ο αποχετευτικός σωλήνας!
Περισσότερες πληροφορίες για τη φύση των μη-νευτώνειων ρευστών και τις σχετικές έρευνες που γίνονται, μπορείτε να βρείτε στους συνδέσμους που ακολουθούν:
http://www.sciencebyjones.com/viscosity_overview.htm
http://web.mit.edu/nnf/
[embedit snippet=”clip-it”]