Forskere afslører oprindelsen af ​​Oobleck-bølger

"Oobleck" er en mærkelig væske lavet af lige dele majsstivelse og vand. Det flyder som mælk, når det røres forsigtigt, men bliver stensikker, når den bliver ramt med høj hastighed. Dette fascinerende fænomen, kendt som shear-thickening, resulterer i spektakulære demonstrationer som at løbe på en pool af Oobleck uden at dykke ned i den, så længe løberen ikke stopper.

Forskere fra Aix-Marseille Universitet i Frankrig har nu studeret de regelmæssige og fremtrædende overfladebølger, der dannes, når en Oobleck flyder ned ad en skrå skråning (se figur 1). Lignende bølger kan observeres på tagrender og vinduer på regnfulde dage. Imidlertid, forskerne bemærkede kvalitative forskelle med vandbølger; bølger i Oobleck vokser og mættes meget hurtigere. For at afsløre oprindelsen af ​​Oobleck-bølger, de udførte omhyggelige eksperimenter med en blanding af majsstivelse og vand ned ad et skråplan.

Forskerne målte begyndelsen af ​​bølgeudseende og deres hastighed ved hjælp af kontrolleret forstyrrelse af flowet og laserdetektion for at estimere væskefilmtykkelsen. Disse eksperimenter viste, at for koncentreret Oobleck, begyndelsen af ​​destabilisering er anderledes for destabilisering i en newtonsk væske, såsom vand. Denne overraskende observation fik holdet til at lede efter et scenarie til at forklare deres dannelse. Deres resultater præsenteres i et papir offentliggjort den 18. december i Kommunikationsfysik . I denne artikel, de konkluderer, at for Oobleck, bølger opstår ikke fra virkningen af ​​inerti, hvad angår vand, men fra Ooblecks specifikke flydende egenskaber.

Under påvirkning, som vist af nyere undersøgelser, Oobleck skifter pludselig fra flydende til fast på grund af aktiveringen af ​​friktionskontakter mellem stivelsespartiklerne. Når man flyder ned ad en skråning, denne udbredelse af friktionskontakter fører til en meget mærkelig adfærd:Affjedringens strømningshastighed faldt, når den påførte belastning steg - som at træde på gaspedalen, hvilket fik en bil til at decelerere. Forskere har vist, at denne effekt kobles til den strømningsfrie overflade og spontant kan generere et regulært bølgemønster.

Den foreslåede mekanisme er generisk. Disse resultater kunne således give nye grunde til at forstå andre flow-ustabiliteter observeret i forskellige konfigurationer, især i industrielle processer, der står over for problematiske strømningsustabiliteter ved transport af Oobleck-lignende materialer såsom beton, chokolade eller vinylmaterialer.