ウブレックの秘密を解く – 液体でも固体でもある奇妙な物質

ウブレックは長い間 私が一番好きな例 ~の 非ニュートン流体そして 私は一人ではありません。。 途方もない人気を享受している作品です。 「キッチン科学」実験 簡単で作りやすいからです。 水の部分とトウモロコシ澱粉の2つの部分を混ぜて、楽しみのために食用色素を少し加えると、加えられるストレスの程度に応じて液体や固体のように作用するウブレックが完成します。 ゆっくりと着実にかき混ぜると液体になります。 強くパンチすると拳の下でさらに硬くなります。 下降するたびにウブレックが硬くなるので、小さな水たまりを物で満たし、その上を歩くこともできます。 自然に多く現れるカラフルな物理学のデモです。 YouTubeで。

この単純な物質の基本的な物理学の原理は、驚くほど微妙で複雑で、科学者にとって魅力的です。 シカゴ大学の分子工学者は、ウブレックが液体から固体に変換されたときに分子レベルで何が起こるかを測定するために、圧電ナノ粒子の密集した懸濁液を使用しました。 新しい紙 国立科学院会報（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載されました。

生涯の終わりに、アイザック・ニュートンは「理想的な液体」の特性を示しました。 その属性の一つは 粘度、与えられた物質に流れる摩擦/抵抗の量として緩く定義されます。 流れる液体は本質的に互いに摺動する一連の層であるため、摩擦が生じる。 あるレイヤーが別のレイヤーにすばやくスライドすると、より多くの抵抗が発生します。 あるレイヤーが別のレイヤーの上にゆっくり滑るほど、抵抗は減少します。 しかし、世界は理想的な場所ではありません。

〜の中 ニュートンの理想流体、粘度は主に温度と圧力に依存します。 水は、かき混ぜたり混ぜたりするなど、水に作用する他の力に関係なく流れ続けます。 非ニュートン流体では、適用されたひずみやせん断力によって粘度が変化し、液体と固体の挙動との境界を越えます。 一杯の水をかけるとせん断力が発生し、水はせん断力を発揮して邪魔になりません。 粘度は変わりません。 しかし、ウブレックのような非ニュートン流体の場合、せん断力が加えられると粘度が変化する。

例えば、ケチャップは剪断的に濃縮される非ニュートン流体である。 これは、ボトルの底を叩いてもケチャップがより早く出ない理由の1つです。 力を加えると粘度が上がります。 ヨーグルト、グレービー、泥、プリン、濃厚なパイフィラーなどが異なる例です。 ウブレクも同じだ。 （名前は1949年にDr. Seussのおとぎ話から取られました。 バルトロメオとウブレック対照的に、ノンドリップ塗料は「剪断希釈」効果を示し、容易に塗装することができますが、壁に貼り付けると粘性が高くなります。

2019年に MIT研究者が開発した さまざまな条件で、ウブレックが液体から固体にどのように変化し、再び戻るかを予測する便利な数学モデルです。 彼らは粒状の材料である濡れた砂のための作業モデルを適用しました。 いくつかの類似点がありますが、ウブレックのトウモロコシデンプ​​ン粒子は砂粒サイズの100分の1です（1〜10ミクロンの間）。 このような小さなサイズのスケールでは、物理学が大きく異なります。 例えば、温度はトウモロコシデンプ​​ン粒子にさらに影響を及ぼし、粒子間に蓄積して反発効果を引き起こす電荷も同様である。 したがって、濡れた砂は、適用される応力（例えば、撹拌または打ち抜き）に関係なく、所与の充填密度で同じ粘度を有するが、ウブレックの粘度は劇的に変化する。

MITチーム 特別に追加 潤滑接触とは対照的に、トウモロコシデンプ​​ン粒子間の摩擦接触量を説明する「塊変数」をモデルに加え、新しい変数が様々な応力に応答してどのように変化するかを予測する。 次に、モデルの予測をテストするために、2つのプレート間のウブレックを絞り、切断し、シミュレートされた小さな発射体をウブレックタンクに発射する以前の実験室実験のコンピュータシミュレーションを実行しました。 これらのシミュレーションは、以前の研究の実験結果と一致した。