ウーブレックの奇妙な特性を解明

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コーンスターチと水のスラリーは、その部分の合計よりもはるかに奇妙です。ゆっくりと動かすと、液体のように流れます。それを素早く叩くか、切り取ると、固体のように固まります。

そのグーはとても奇妙で、「バーソロミューとウーブレック」でスーダンの名声(そして名前)を獲得しました。その中で、物質はディッド王国の運命をほぼ封印しました。

おとぎ話を超えて、oobleckはサイエンスラボや幼稚園のクラスの定番です。現在、研究者たちは、物質の見かけ上不思議な行動を予測できる最初の3Dコンピュータモデルを作成しました。 (このモデルがディッド王国を救ったかどうかはわかりませんが。)

「非常に特定の状況下で固体のような動作に変えるように設計できる場合、この材料をまだ考えていない方法で使用する方法があるかもしれません」と、研究リーダーのケンカムリンは述べました。マサチューセッツ工科大学。カムリンがライブサイエンスに語った1つの例は、強くぶつからない限り柔軟に動き、流れることができる防護服である可能性があります。

異常な液体

Oobleckは非ニュートン流体であり、応力下で粘度を変化させる(流れやすさ)流体の用語です。コーンスターチと水をゆっくりと指で動かすと、液体のように振る舞いますが、力を加えると固まり、曲がり、破れさえします。

「ゆっくり動かすと本当に液体のようですが、素早く動かすと固体に期待するすべてのことを実行します」とカムリン氏は語った。

oobleckの特性についての科学的な話を見た後、カムリンと彼の同僚は、コーンスターチと水が他の湿った粒状物質とどのように異なるかについて、「非常に健康的な」内部の議論を始めました。科学者と彼のチームは通常、砂、砂利、およびその他の産業資材の流れに焦点を当てています。しかし、主に粒子が非常に小さいため、コーンスターチは異なると彼は言った。コーンスターチ粒子はミクロンから10ミクロンのサイズで、人間の髪の毛の直径よりも小さいです。

カムリン氏によると、このサイズでは、粒子は熱力と電気力の最も小さな影響を受けやすいという。その結果、水中のコーンスターチ粒子は実際にはわずかに反発し、砂粒ほどの大きさのものに衝撃を与えるには弱すぎる力によって離れて保持されます。粒子はその間に流体の層を好むので、この反発力はスラリーの流れを助けます。しかし、一緒に絞ると、摩擦が引き継がれ、粒子は固体のように移動します。

モデルを作る

カムリンと彼のチームは、すでに開発した湿った砂のコンピューターモデルから始め、湿ったコーンスターチをよりよく模倣するように調整しました。最も重要なのは、流体の特定の領域でコーンスターチの粒が互いに接触する数を予測するための変数を追加したことです。カムリンが冗談めかして「塊」と呼ぶこの変数は、モデルがoobleckがどのように固体または液体のようになるかを決定できるようにします。

全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsで9月27日に概説されているモデルは、2つのプレート間で圧迫されたり、発射物に当たったりするなど、さまざまな力に対するoobleckの反応をシミュレートするために使用できます。研究者達はまた、oobleckのタンクの上を走らせて仮想「ホイール」でモデルをテストしたところ、ホイールがより速く移動するほど、oobleckの表面は固くなっていることがわかりました。

カムリン氏によると、その実験は、ポットホールの一時的な補充としてのoobleckの潜在的な使用法を反映している。十分に高い速度制限のある道路では、oobleck(またはoobleckのような材料)のバッグがポットホールに投げ込まれ、変形してボイドを埋め、車の車輪にひかれると固体に移行します。

材料科学者がoobleckの奇妙な特性に関心を抱くようになると、新しいモデルはアプリケーションを仮想的にテストするのに役立つ可能性があるとカムリン氏は述べています。

「基本的には、モデルを使用してコンピューター上で設計することを試みることができます。そして、適切なプロトコルがあれば、何かを作ることができます。」

 もともと公開 ライブサイエンス. 

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