Představte si, že jíte večeři. Snažíte se nalít nějaké Ranč obvaz na talíř, aby ponořil vegetariány. Nakloníte kontejner vzhůru nohama, ale nic nevyjde. Vypadá to jako solidní.
Takže potřásnete láhev nahoru a dolů a velká skvrna obvazu ven a zasáhne váš talíř. Vypadá to jako kapalina.
Obvaz se však nerozšiřuje po celé desce, jako je mléko nebo jiná tekutina, kdybyste ho rozlili. Spíše si udržuje určitý tvar, jako je vegetariáni na talíři. Vypadá to jako solidní.
Ale pokaždé, když vrhnete pevnou mrkev nebo celer do kuličky obvazu, trochu to narušuje tvar blob. Můžete dokonce rozmazat a šířit blob kolem, ale tvar a tuhost celeru není touto hrou ovlivněn. Vypadá to jako kapalina.
Je tedy ranč oblékání kapaliny a pevné? Nebo to není ani?
Jsem Profesor fyziky a biofyzikyA můj výzkum se zaměřuje na porozumění squishy materiálů, které mají jak kapalné, tak solidní vlastnosti. Fyzici nazývají tyto materiály měkkou hmotu. V mé laboratořiZkoumáme, co dělá biologické materiály, jako je kůže a snich, a jak můžeme vytvářet biologicky inspirované materiály, které mají stejné fascinující vlastnosti. Také hostuji kanál sociálních médií, Fyzika Mamakde se s mými dvěma chlapci ptáme a odpovíme na otázky týkající se fyziky každodenního života.
Základní stavy hmoty
Chcete -li zjistit, co se děje s oblékáním ranče, musíte pochopit, co Různé stavy hmoty jsou A co dělá z každého jedinečného. „Matter“ je jen vědecké slovo pro „věci“ a je to cokoli, co se skládá z mikroskopických stavebních bloků nazývané atomy A to má hmotu.
Pravděpodobně jste se ve škole dozvěděli, že existují tři státy hmoty: pevná, kapalina a plyn. Mysli na ledovou kostku, louže vody a mlhy. Možná jste se také dozvěděli o čtvrtém stavu, známém jako plazma.
Tyto různé stavy jsou definovány tím, jak extrémně malé molekuly Vytváření záležitosti interagovat mezi sebou. Tyto molekuly jsou tak malé, že je nevidíte pouhým okem. Jejich neviditelné interakce však určují vlastnosti materiálů, které můžete vidět.
Molekuly v pevné látce jsou k sobě fyzicky připojeny způsobem, který jim brání v pohybu kolem sebe navzájem. To je to, co dělá pevné látky tuhé a schopné udržet pevný tvar.
Molekuly v kapalině, na druhé straně, nejsou vzájemně spojeny. Mohou se pohybovat, sklouznout kolem sebe a smíchat se. Tato svoboda pohybu je to, co umožňuje kapalině mít tvar jakéhokoli kontejneru, ve kterém je.
Molekuly v plynu jsou zcela volně pohybovat se, aniž by skutečně narazily do ostatních molekul v plynu příliš mnoho. Stejně jako kapalina bude mít plyn tvar jakéhokoli nádoby, ve kterém je, a nemá žádný pevný tvar. Ale na rozdíl od kapalin a pevných látek mohou plyny také změnit jejich velikost nebo objem.
Plazma je podobná plynu, ale má mnohem více energie. Tato energie způsobuje, že se elektricky nabité části molekul nazývají protony a elektrony, aby se rozpadly. Slunce a hvězdy jsou příklady plazmy, stejně jako materiál, který dělá neonové znaky září.
Elasticita a viskozita
Zatímco pevné látky drží svůj tvar, nejsou úplně rigidní. Spojení mezi molekulami se chovají jako malé prameny, což dělá pevné látky elastické. Pokud tlačíte na pevnou látku, deformuje se – ale když přestanete tlačit, odrazí se zpět do svého původního stavu, jako je vaše matrace, když se odrazíte na posteli. Samozřejmě se to děje na molekulární úrovni, takže to nevidíte.
A i když kapaliny snadno mění tvar, ano odolat této změně v důsledku tření mezi kapalnými molekulami, když se snaží pohybovat kolem sebe. Toto tření se nazývá viskozita. Kapaliny, jako je med nebo sirup, jsou mnohem viskóznější než kapaliny, jako je mléko nebo voda, což je ztěžuje míchání. Představte si, že se snažíte plavat v bazénu medu – chutné, ale obtížné.
Pátý stav
Ranč obvaz je vlastně pěti stav hmoty známý jako měkká hmota. Měkká hmota může mít vlastnosti kapalin i pevných látek, takže vědci materiálu říkají Viscoelastic – kombinace viskózního a elastického. Mezi další běžné příklady měkké hmoty patří jogurt, těsto na sušenky, šampon, zubní pasta, hloupý tmel, snot, sliz a poleva.
Tyto látky nejsou zcela pevné a nejsou docela tekuté – jsou to trochu z obou. Můžete vylévat šampon z láhve, ale pokud trochu vložíte mezi prsty a roztáhnete je, natáhne se mezi prsty. Těsto na cookie může mít svůj vlastní tvar, ale pokud na něj tlačíte, deformuje se a neodradí se zpět.
Mnoho viskoelastických materiálů vystavovat smykové ztenčeníCož znamená, že jejich viskozita snižuje, čím více je agitujete. To je důvod, proč zatřesení láhve obvazu na ranči nebo kečupu vám umožní vylévat-i když před chvěním bylo příliš pevné na to, aby opustil láhev. Je to také důvod, proč se jogurt zdá být docela solidní a schopný udržet si svůj tvar, když se rychle mícháte, stává se tekutivější.
Squishy Materials může také vykazovat zahušťování smyku – Stávají se přísnějšími, čím těžší se je snažíte deformovat. Takto Oobleck, jednoduchá směs kukuřičného škrobu a vodyfunguje. Můžete ji pomalu nalije a ponoří do ní ruku, jako jakákoli jiná tekutina, ale pokud ji stisknete nebo ji zatřepete.
Jiný druh molekuly
Důvodem, proč tyto squishy materiály mají kapalné i solidní vlastnosti, je to, že Jsou vyrobeny z polymerů: dlouhé, řetězové molekuly. Tyto dlouhé řetězy se zamotají, Jako miska špagetJsou tedy propojeni, jako jsou molekuly v pevné látce, ale také druh volného pohybu kolem druhého, jako jsou molekuly v kapalině.
Většina obvazů zakoupeného ranče obsahuje Xantham Gum, což je přírodní polymer používaný k zahušťování a stabilizaci mnoha potravin.
Až se příště pokusíte vylévat oblékání ranče z láhve, dokážete si představit, že se Xanthamovy dásní polymery navzájem zamotají, takže obvaz působí jako pevná látka. Když otřásáte láhev, odporujete polymery tak, aby se klouzaly a protékaly kolem druhého, což umožňuje snadno proudit z láhve a na talíř.
Otázka „Je ranč oblékání kapaliny nebo pevné látky?“ byl položen Gabriel, věk 8 let, Deland na Floridě. Zvědavé děti je série pro děti všech věkových skupin. Pokud máte otázku, na kterou byste chtěli odpovědět odborníka, pošlete ji couriouskidsus@theconversation.com.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
