Iznenađujuće otkriće: Viskoze tečnosti mogu se prelomiti kao čvrsta tela pri kritičnom naprezanju

Istraživači sa Drexel University otkrili su da se jednostavne, viskozne tečnosti ponekad ponašaju poput čvrstih materijala i iznenada se prekidaju kada se brzo i snažno istegnu. Ovo zapažanje menja uobičajena očekivanja u fluidnoj dinamici i otvara niz novih naučnih i primenjenih pitanja.

Šta su naučnici otkrili?

Tim predvođen laboratoryjom profesora Nicolasa Alvareza i istraživačicom Thamires Lima zabeležio je da pri dovoljno velikom naprezanju po jedinici površine tečnost može dostići »kritično naprezanje« i momentalno se prelomiti — ponašajući se kao čvrsto telo. Eksperimenti su pokazali da se ovaj prag nalazi reda veličine oko 2 MPa, ali tačna vrednost zavisi od viskoznosti i uslova eksperimenta.

Kako to funkcioniše?

Ključni uslov je veoma brzo razdvajanje, koje ne ostavlja vremena tečnosti da »otekne« i rasporedi naprezanje. U takvim brzim uslovima viskozni efekti omogućavaju nakupljanje unutrašnjeg naprezanja, koje se iznenada oslobodi u obliku preloma, često praćenog glasnim zvučnim impulsom sličnim pucanju čvrstih materijala.

»Naši rezultati pokazuju da, ako se jednostavna tečnost povuče pritiskom koji je dovoljno velik po jedinici površine, dostiže tačku kritičnog naprezanja i tada će zapravo prelomiti kao čvrsta materija«, rekla je Thamires Lima, Ph.D.

Glasno i neočekivano

Istraživači su zabeležili i glasno pucanje prilikom preloma, što je dodatno potvrdilo da se radi o naglom oslobađanju energije. Nicolas Alvarez je istakao da je pojava bila toliko neočekivana da su eksperimenti morali biti ponovljeni više puta pre nego što su prihvatili rezultate kao stvarne.

Zašto je ovo važno?

Do sada su ponašanja nalik lomu najčešće bila povezana sa viskoelastičnim i polimernim tečnostima (npr. Oobleck, slajm). Pokazivanje da i jednostavne tečnosti mogu prelomiti pri odgovarajućim uslovima menja temeljna shvatanja i ima praktične implikacije za industrije koje rade sa rastegljivim ili viskoznim tečnostima.

• Primene koje mogu imati koristi uključuju 3D štampanje tečnim polimerima, proizvodnju vlakana, hidraulične sisteme i istraživanja u medicinskim naukama (npr. ponašanje krvi pri ekstremnim opterećenjima).
• Studija može doprineti boljem razumevanju i ublažavanju problema kao što je kavitacija kod propelera, pumpi i sonarnih sistema.

Sledeći koraci

Autori napominju da je potrebna dodatna teorijska i eksperimentalna analiza kako bi se objasnili mehanizmi i granice primenljivosti ovog fenomena, kao i da se ispita kako se ponašanje manifestuje u različitim tečnostima i industrijskim uslovima.

Studija je objavljena u časopisu Physical Review Letters.