Pasirodo, kad paprasti skysčiai, esant tam tikroms sąlygoms, gali elgtis kaip kietos medžiagos ir netgi lūžti. Naujasis tyrimas, atliktas Drexelio universitete, atskleidžia, kad, kai skysčiai yra ištempami pakankamai stipriai, jie ne tik sutirštėja ir teka, bet ir staiga lūžta, panašiai kaip metalai esant stresui. Šis netikėtas elgesys kelia klausimų apie ilgai laikomas skysčių elgesio teorijas, ypač susijusias su skysčių klampumu.
Nauji atradimai apie skysčių elgesį
Žinomi mokslininkai, dirbantys Drexelio universitete, atrado, kad po tam tikromis sąlygomis paprastas skystis gali elgtis kaip kietas ir lūžti. Tyrimo rezultatai, paskelbti žurnale „Physical Review Letters“, parodė, kad klampūs skysčiai gali staiga lūžti, kai yra ištempiami pakankamu jėgos kiekiu.
„Mūsų atradimai rodo, kad, jei skystis yra tempiamas su pakankamai jėgos vienetui, jis pasiekia kritinį stresą, kai iš tikrųjų lūžta kaip kieta medžiaga. Tai greičiausiai tiesa visiems paprastiems skysčiams, įskaitant vandenį ir aliejų“, – teigia Tyrimo grupės vadovė, Drexelio inžinerijos kolegijos docentė Thamires Lima.
Netikėtas lūžis eksperimentų metu
Šis atradimas buvo netikėtas, kai mokslininkai tyrinėjo du paprastus skysčius bendradarbiaudami su „ExxonMobil Technology & Engineering Company“. Eksperimentų metu, kai buvo atliekamas ekstensionalinis reologijos testas, mokslininkai pastebėjo, kad skysčiai, o ne tiesiog išsitęsė ir sutirštėjo, staiga lūžo.
„Tai, ką stebėjome, buvo taip netikėta, kad reikėjo kelis kartus pakartoti eksperimentus, kad įsitikintume, jog tai tikra“, – sakė inžinerijos kolegijos profesorius Nicolas Alvarez, vadovavęs tyrimui. „Kai patvirtinome fenomeną, tyrimas tapo visiškai kitokia mokslinė užduotis.“
Klampumo ir kritinio lūžio taško sąsaja
Pirmieji skysčiai, kurie parodė šį elgesį, buvo dervų tipo hidrokarbonų mišiniai, kurie lūžo esant kritiniam stresui 2 megaPaskalių lygyje. Tai atitinka jėgą, kurią galite pajusti, jei skalbimo maišas, pilnas dešimties plytų, užsikabintų už jūsų nagų.
Tyrėjai taip pat išbandė kitą paprastą skystį – styreną oligomerą, kuris lūžo esant toms pačioms tempimo sąlygoms. Tai rodo, kad klampumas yra lemiamas veiksnys šiam kietam lūžimo elgesiui ir kad daugelis paprastų skysčių gali turėti panašų lūžio tašką.
Ilgalaikių teorijų peržiūra
Iki šiol lūžimas buvo laikomas elastingumo savybe, kuri yra medžiagos gebėjimas kaupti ir ištverti stresą. Tačiau paprasti skysčiai paprastai nesikaupia streso šiuo būdu, o vietoj to teka, kai jėga yra taikoma, o ne lenkiasi ar lūžta.
„Nors viskoelastiniai ir polimeriniai skysčiai, tokie kaip Oobleck ar naminis slime, jau parodė kietoms medžiagoms būdingą lūžimo elgesį, paprasti skysčiai visada buvo laikomi nuolatinio deformacijos pavyzdžiais. Mūsų tyrimas rodo, kad klampumo efektai pakanka, kad skatintų lūžimo elgesį, panašų į kietas medžiagas“, – sakė Lima.
Plati ir netikėta fenomeno prigimtis
Tyrėjai taip pat palygino paprastą skystį, oligomerinį styreną, su susijusiu polimero skysčiu. Abu lūžo esant tam pačiam kritiniam stresui, kas rodo, kad elastingumas nėra atsakingas už lūžimo elgesį paprastuose skysčiuose. „Tai rodo, kad daugelis kitų elastingų skysčių taip pat gali lūžti panašiame kritiniame taške“, – teigė Lima.
„Dabar, kai pranešėme apie šį netikėtą elgesį, svarbu visiškai suprasti, kodėl tai vyksta ir kaip elgesys pasireiškia kitose skysčiuose. Tai atvers naujas galimybes tyrinėti skysčių mechaniką“, – pridūrė ji.
