Scoperta l’origine delle onde Oobleck

Mescolando due parti di amido di granturco con una di acqua otteniamo un fluido chiamato “oobleck”. Questo fluido possiede sorprendenti caratteristiche: se vi si immerge con delicatezza un cucchiaio, esso si comporta come un normale liquido; ma se invece lo si colpisce con violenza esso si indurisce, comportandosi come un oggetto solido.
Ecco che l’oobleck costituisce un esempio, semplice e soprattutto economico da realizzare, di fluido non newtoniano, detto anche fluido amorfo: nei materiali di questo tipo la viscosità varia a seconda del tipo di sforzo di taglio che viene applicato.
Un fluido non newtoniano è un fluido che non segue la legge di viscosità di Newton. Nei fluidi non newtoniani, la viscosità può cambiare, ad esempio, il ketchup diventa più liquido quando viene agitato ed è quindi definito fluido non newtoniano.
La spiegazione per il comportamento particolare del fluido Oobleck sta nella forma delle particelle di amido di mais, che sono lunghe e sottili. Quando l’amido di mais si mescola con l’acqua, non si dissolve, ma rimane in sospensione. Scuotendo lentamente la miscela le particelle scivolano l’una sull’altra. Scuotendole rapidamente le particelle si aggrovigliano tra loro in modo che la miscela si indurisca.
I ricercatori dell’Università di Aix-Marseille in Francia hanno studiato le onde superficiali che si formano quando un Oobleck scorre lungo un piano inclinato. Onde simili possono essere osservate su grondaie e finestre nelle giornate piovose. Tuttavia, gli scienziati hanno notato differenze qualitative con le onde d’acqua ; le onde negli Oobleck crescono e si saturano molto più velocemente. Per svelare l’origine delle onde degli Oobleck, i ricercatori hanno condotto esperimenti accurati utilizzando una miscela di amido di mais e acqua che hanno fatto scorrere su un piano inclinato.
Inizialmente i ricercatori hanno misurato l’aspetto delle onde e la loro velocità utilizzando la perturbazione controllata del flusso e il rilevamento laser per stimare lo spessore del film fluido. Questi esperimenti hanno rivelato che per Oobleck concentrato, l’inizio della destabilizzazione è diverso dalla destabilizzazione in un fluido newtoniano come l’acqua. Questa sorprendente osservazione ha portato il team cercare una risposta per spiegare il fenomeno. I loro risultati sono stati presentati in un documento pubblicato su Communication Physics. Nell’articolo, concludono che per il fluido Oobleck, le onde non derivano dall’effetto di inerzia, come per l’acqua, ma dalle sue proprietà di scorrimento specifiche.
Se colpito, come dimostrato da recenti studi, il fluido Oobleck muta improvvisamente da liquido a solido a causa dell’attrito tra le particelle di amido. Quando scorre lungo un pendio, l’attrito aumenta notevolmente e porta a un comportamento molto curioso: la velocità di flusso della sospensione diminuisce all’aumentare dello stress imposto, come se si premesse il pedale dell’acceleratore facendo decelerare un’auto. I ricercatori hanno dimostrato che questo effetto si accoppia alla superficie priva di flusso e può generare spontaneamente un modello d’onda regolare.
Il meccanismo proposto è generico. Questi risultati potrebbero quindi fornire nuovi motivi per comprendere altre instabilità di flusso osservate in varie configurazioni, in particolare nei processi industriali che devono affrontare instabilità di flusso problematiche durante il trasporto di materiali simili al fluido Oobleck come cemento, cioccolato o materiali vinilici.
Fonte: https://phys.org/news/2020-12-unveil-oobleck.html