Кетчуп не "разбегается" по сэндвичу, а краска не стекает со свежеокрашенной поверхности благодаря броуновскому движению – хаотическому тепловому перемещению молекул, пишут американские ученые в статье, опубликованной в журнале Science.
Группа физиков под руководством Сяна Чэна из Корнеллского университета (США) обнаружила, что высокая вязкость кетчупа, краски и других тягучих жидкостей возникает из-за хаотичного движения частиц и крупных молекул в их составе. Если такую жидкость размешать или встряхнуть, то быстрые молекулы воды или других растворителей увлекают за собой тяжелые частицы и "подавляют" броуновское движение, из-за чего их густота уменьшается.
Вязкость "обычных" жидкостей, таких как вода или спирт, не зависит от внешних условий. В отличие от них, псевдопластичные жидкости – кетчуп, кровь или краска – теряют присущую им густоту при встряхивании, сжатии или любом другом физическом воздействии. Это связано с тем, что такие жидкости очень неоднородны по своему составу и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.
Сян Чэн и его коллеги изучили движение отдельных частиц в псевдопластичной жидкости при помощи сверхбыстрого микроскопа. Ученые подготовили специальную смесь из воды и глицерина, в которой они "растворили" небольшое количество шариков из оксида кремния диаметром 0,96 микрометра. Исследователи ввели внутрь этих сфер немного флуоресцирующего вещества, свечение которого можно было обнаружить при помощи микроскопа.
В статье отмечается, что в условиях покоя в искусственном "кетчупе" шарики-"молекулы" беспорядочно двигаются и постоянно сталкиваются друг с другом, что является причиной высокой вязкости таких жидкостей. При встряхивании сосуда или при помешивании раствора шарики "кетчупа" увлекаются потоком воды и двигаются в одном направлении с ней, из-за чего броуновское движение утрачивает силу.
Кроме того, авторы статьи смогли понять, почему раствор крахмала – своеобразный антипод кетчупа и краски – густеет при помешивании. Оказалось, что крупные частицы в дилатантных жидкостях – к примеру, зерна песка на мокром берегу моря или крахмал в воде – не "успевают" за быстрыми молекулами воды или других растворителей, сцепляются друг с другом и мешают движению жидкости.
Исследователи полагают, что их открытие поможет биологам лучше понять, как изменяется вязкость крови и лимфы при движении по кровеносной системе организма, а также позволит улучшить качество красок, кетчупов и средств для мытья посуды.
Главные темы