Ai livelli più fondamentali, la scienza spesso sfida il buon senso. E una nuova scoperta potrebbe essere la più insensata di tutte: i liquidi si rompono.
Un recente Lettere di revisione fisica L’articolo “Surprising Solidlike Fracture in Easy Liquids” riporta di aver osservato esattamente questo: quando i liquidi vengono allungati con sufficiente forza, il materiale apparentemente fluido si frattura come un oggetto solido. I risultati lo suggeriscono viscositào la resistenza di un liquido allo scorrimento, può svolgere un ruolo maggiore nelle proprietà meccaniche dei liquidi di quanto pensassimo. Inoltre, questo comportamento si applica probabilmente a liquidi molto comuni, come acqua o olio, sollevando nuove considerazioni per la manipolazione dei liquidi in varie applicazioni.
“Ciò che abbiamo osservato period così inaspettato che abbiamo dovuto ripetere gli esperimenti ancora qualche volta per assicurarci che fosse reale”, ha detto in una conferenza stampa Nicolas Alvarez, coautore dello studio e ingegnere presso la Drexel College. dichiarazione. “Ciò cambia radicalmente la nostra comprensione della dinamica dei fluidi”.
Non è un problema di attrezzatura
Il modo elegante di descrivere le fratture è fare riferimento all’equilibrio tra energia superficiale e rilascio di energia elastica che si traduce in una nuova interfaccia. Più semplicemente, le fratture compaiono quando l’energia rilasciata da un materiale supera l’energia necessaria per creare una nuova superficie. Questo è un tratto distintivo che “definisce i solidi” ma non i liquidi, che “cedono e scorrono anziché deformarsi elasticamente sotto stress”, secondo lo studio.
Inizialmente i ricercatori stavano studiando questo comportamento di cedimento e scorrimento nelle miscele di idrocarburi simili al catrame. Ciò che si aspettavano di vedere period qualcosa di simile al “comportamento di dimagrimento prolungato familiare a chiunque abbia versato una goccia di miele in una tazza di tè”, secondo la dichiarazione. Poi hanno sentito il rumore.
“La frattura ha causato un rumore schioccante molto forte che mi ha davvero spaventato”, ha ricordato Thamires Lima, autore principale dello studio e ingegnere della Drexel. “All’inizio pensavo che la macchina si fosse rotta, ma presto mi sono reso conto che il rumore proveniva dal fluido di stiro.”
Rompere le crepe
Secondo Lima, il rumore ha portato la squadra a orientarsi verso “un’attività scientifica completamente diversa”. Una volta verificato che il rumore non proveniva da guasti alle apparecchiature, i ricercatori hanno progettato esperimenti per verificare un comportamento simile nei liquidi con la stessa viscosità degli idrocarburi. Una telecamera advert alta velocità ha registrato ogni sessione, offrendo al workforce uno sguardo dettagliato su come si sono svolte le cose.
In modo affascinante, i liquidi hanno mostrato uno schema costante di allungamento fino a raggiungere un punto di “stress critico”, in cui si sono semplicemente rotti a metà. Questa soglia misurava fino a 2 megapascal, che equivale alla “tensione che proveresti spiacevolmente se spingessi un sacco della biancheria contenente 10 mattoni da una sporgenza e il suo cordoncino si impigliasse nell’unghia”, hanno spiegato.
Questo modello persisteva anche quando i cambiamenti di temperatura regolavano la viscosità, ha riferito il workforce. La frattura del liquido è rimasta proporzionale a 2 megapascal finché la viscosità di ciascun campione non è scesa abbastanza da impedire all’attrezzatura, che ha una capacità di allungamento limitata, di allungarlo ulteriormente.
Il punto di rottura di un liquido
I risultati mettono in discussione il consenso secondo cui la fratturazione è una proprietà di elasticitào la capacità di un materiale di trattenere lo stress. Finora, gli scienziati credevano che l’elasticità si applicasse più o meno solo ai solidi o ai liquidi sufficientemente raffreddati da iniziare a diventare solidi. Ma il nuovo studio dimostra che i liquidi semplici con sufficiente viscosità sono “sufficienti per promuovere un comportamento di frattura simile a quello di un solido”, ha affermato Lima.
Successivamente, i ricercatori intendono identificare i precisi meccanismi fisici dietro la loro inaspettata scoperta. Un’ipotesi è cavitazioneche si riferisce alla rapida formazione e collasso delle onde d’urto delle bolle di vapore all’interno dei liquidi.
Ancora più importante, il workforce ritiene che il meccanismo sia sufficientemente generale da poter essere applicato advert altri liquidi semplici. Se fosse vero, ciò offrirebbe nuove intuizioni agli ingegneri che manipolano i liquidi “in ogni ambito, dall’idraulica alle stampanti 3D ai vasi sanguigni”, ha affermato il workforce.
