Тъкмо когато ни се струва, че физиката вече не може да ни изненада, се появява ново откритие, което обръща всичко, което знаем, с главата надолу. Учени от университета "Дрексел" и ExxonMobil са установили, че някои обикновени течности могат да достигнат критична точка, при която не просто се разтягат и текат, а се разкъсват като твърди материали. Резултатите са публикувани във Physical Review Letters.
Течност, която се държи като твърдо тяло
Откритието е направено по време на експерименти с вискозни, катраноподобни течности. Изследователите искали да разберат как реагират те на силно опъване, но вместо очакваното постепенно изтъняване, наблюдавали нещо съвсем различно: течността внезапно се разцепила със силен звук, сякаш се чупи твърд предмет. Самата Тамирас Лима признава, че в първия момент е помислила, че се е повредила апаратурата.
Екипът повтаря експериментите няколко пъти, за да се увери, че не става дума за аномалия. След това учените стигат до извода, че са попаднали на реално и досега недокументирано явление при т.нар. прости течности – тоест течности, които по принцип се очаква просто да текат, а не да се „чупят“.
Как е проведен експериментът
Изследователите поставят течността между две метални плочи и я наблюдават с високоскоростна камера, докато върху нея се прилага нарастващо усилие на опън. Първото разкъсване е наблюдавано при катраноподобна въглеводородна смес, която се е скъсала при критично напрежение от около 2 мегапаскала. Според Drexel това е съпоставимо с много голямо усилие, приложено върху изключително малка площ.
След това екипът тества и стиренов олигомер със сходен вискозитет. И той достига същата критична точка на разкъсване. Това подсказва, че явлението вероятно не е свързано само с конкретната химия на един материал, а може да е много по-общо.
Вискозитетът се оказва по-важен, отколкото сме мислели
Според авторите именно вискозитетът – тоест съпротивлението на течността срещу протичане – играе ключова роля. При по-гъстите течности напрежението се натрупва по различен начин, отколкото при по-рядките. Експериментите при различни температури показват, че за всеки вискозитет има определена скорост на разтягане, при която течността достига същата критична стойност на напрежение и се разкъсва.
Това е особено важно, защото досега счупването обикновено се е свързвало с еластичност – способността на материала да задържа напрежение. При простите течности, които не са охладени под т.нар. стъкловиден преход, не се очаква подобно поведение. Именно затова резултатът е толкова изненадващ.
Възможно ли е това да важи и за вода, и за олио
По думите на изследователите, откритието вероятно има много по-широко значение. Тамирас Лима казва, че това може да е валидно за всички прости течности, включително за съвсем обичайни примери като вода и масло – стига върху тях да се приложи достатъчно голямо напрежение на единица площ. Засега това е извод, подкрепен от наблюдаваната закономерност, а не от директно тестване на всяка отделна течност.
Какво може да причинява това „скъсване“
Една от водещите хипотези е, че явлението е свързано с кавитация – процес, при който вътре в течността се образуват малки парни или вакуумни мехурчета, а след това се развиват изключително бързо. Именно такъв механизъм отдавна се обсъжда теоретично, а сега учените смятат, че може би виждат негова форма в реални експерименти.
Тъй като процесът протича много бързо, той ще бъде труден за проследяване в детайли. Но вече има нещо много важно: твърдо експериментално доказателство, че подобно поведение наистина съществува.
Защо това е важно извън лабораторията
Откритието не е само любопитен парадокс от света на физиката. То може да има практическо значение за технологии, при които течности се подлагат на силни деформации – например 3D печат, влакнообразуване, мастиленоструен печат, мека роботика и дори процеси в биологични системи, включително в кръвоносните съдове. Ако разберем по-добре кога и защо течностите могат да „се счупят“, това може да помогне за по-прецизен контрол над тяхното поведение.
Откритието показва и нещо друго: дори в материя, която ни изглежда напълно позната, все още има скрити свойства, чакащи да бъдат разкрити. Понякога природата просто решава да ни напомни, че правилата не са толкова прости, колкото сме си мислели.
