Как выяснилось, прогуляться по воде не так-то уж и сложно. Успех данного мероприятия зависит лишь от того, сколько у вас с собой крахмала, полученного из кукурузной муки.
Антон Евсеев
Потому что если этого вещества достаточно, то вы без труда можете удивить своих знакомых несложным, но очень эффектным фокусом, который украсит любую вечеринку у бассейна.
Собственно говоря, с такой вечеринки все и началось: на YouTube был размещен видеоролик, где были во всех деталях засняты такие прогулки по воде в бассейне одного из американских особняков. Тем не менее, ученые из Чикагского университета разгадали этот трюк практически сразу. Они обратили внимание на то, что прогуливающиеся по бассейну леди и джентльмены двигаются несколько странно – не просто идут, а передвигаются небольшими прыжками, словно бы стараясь сильнее ударить ногами по поверхности жидкости.
Более внимательный просмотр также выявил, что и сама вода реагирует на эти удары весьма нестандартно – она, словно батут, отбрасывает смельчака, рискнувшего погулять по ее поверхности. Собственно говоря, именно поэтому он и не тонет. Это навело исследователей на мысль, что «фокусники» каким-то образом превратили поверхность воды в так называемую неньютоновскую жидкость.
Напомню, что неньютоновская жидкость – это суспензия, включающая в себя крупные частички (ее примером может служить обыкновенная грязь). Из-за их присутствия жидкость подобного типа может проявлять необычные свойства – например, иногда вести себя как упругое твердое тело. Кстати, именно так и было с поверхностью воды в рассматриваемом случае, то есть пример неньютоновского поведения налицо.
Решив проверить свою гипотезу, исследователи провели простой эксперимент. Они добавили некоторое количество крахмала из кукурузы в емкость с водой, и после того, как клейстер равномерно распределился по поверхности, несколько раз ударили по воде металлическим стержнем. Эффект получился необычный, но вполне предсказуемый: суспензия активно отталкивала стержень. После ученые несколько раз плавно опускали руку в тот же самый раствор. В данном случае человеческая кисть спокойно проходила сквозь поверхность, то есть, тонула. «Если бы вы попытались ударить эту суспензию, то просто-напросто могли бы сломать запястье», – так прокомментировал результаты опытов физик Чикагского университета Скотт Вэйтукэйтис.
После того, как гипотеза подтвердилась, ученые решили разобраться, почему суспензия из воды и кукурузного крахмала ведет себя именно так, а не иначе. Для этого они повторили эксперименты, параллельно просвечивая раствор рентгеновскими лучами (поскольку были приняты надлежащие меры безопасности, ни один физик не пострадал).
В результате выяснилась весьма интересная вещь. Оказывается, удар по поверхности воды заставляет частички крахмала, зависшие в жидкости, быстро-быстро собраться вместе. Причем делают они это не по своей воле – их «сгребают в кучу» силы поверхностного натяжения. Этот процесс очень похож на образование снежного сугроба перед ковшом снегоочистителя. У поверхности воды возникает уплотнение, которое настолько прочно, что может отталкивать предметы с той же силой, с какой кончик каблука-шпильки женских туфель давит на асфальт.
В том же случае, когда воздействие на суспензию мягкое и плавное, частички просто не успевают быстро слипнуться и создать уплотнение. Именно поэтому рука спокойно проходит сквозь поверхность, продавливая ее.
Исходя из данных рентгенографии, ученые построили компьютерную модель процесса, которая показала: чем резче удар по поверхности суспензии, тем сильнее она оттолкнет «обидчика». То есть, спокойно пройти по поверхности смеси воды с кукурузным крахмалом не получится даже на шпильках, но вот пробежаться вприпрыжку вполне себе можно.
«Результаты эксперимента меня не сильно удивили. Но эксперимент был интересным, потому что мои коллеги наконец-то смогли увидеть, как именно происходит уплотнение частичек крахмала», – заметил физик Амстердамского университета Даниэль Бонн, после того как получил отчет команды Вэйтукэйтиса. Сам он проводил похожие исследования, однако не бил по крахмальной суспензии стержнем из металла, а стрелял в нее пулями с разного расстояния. Результат был почти такой же: в большинстве случаев пули отскакивали.
Теперь оба исследователя говорят, что открытие механизма поведения крахмала в воде поможет инженерам, которые уже много лет пытаются создать «жидкий» бронежилет. Он должен представлять собой суспензию, состоящую из жидкости, в которой будут растворены нити полипарафенилен-терефталамида (более известного под названием кевлар). По своим свойствам этот бронежилет будет превосходить все современные «кирасы» – он будет в несколько раз прочнее и легче. Однако до сих пор попытки ученых не увенчались успехом: не удается так расположить нити, чтобы они вели себя подобно частичкам крахмала. Однако теперь эта задачка, похоже, наконец-то может быть успешно решена.
В то же время физики предупреждают: возможно, эксперименты с кевларовыми суспензиями будут не столь успешными. Ведь то, что происходит в одних растворах, может совершенно не проявляться в других, особенно если речь идет о неньютоновских жидкостях, свойства которых весьма индивидуальны. Так, например, до сих пор никто не знает, почему при сильном воздействии кукурузный крахмал начинает уплотняться, а вот торфяная суспензия на болотах или известный всем кетчуп, наоборот, рассасываются. Хотя не исключено, что и эту загадку физики вскоре разгадают…
Источник: Правда.Ру