Độ nhớt của các chất lỏng phi Newton như oobleck, kem đánh răng, cao su, silicon không phải là hằng số và có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau, dưới tác động của một hay nhiều yếu tố như lực, thời gian hay nhiệt độ. Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường, có thể từ lỏng hóa rắn, từ rắn hóa lỏng hoặc dầy và xốp lên. Không phải loại hạt nào cũng có thể tạo được hỗn hợp phi Newton, chỉ có thể tạo ra thứ chất lỏng hóa rắn nhờ trộn đều
chúng với các hạt có kích thước tối thiểu 1 micron hay 0,0001 cm. Oobleck là một hỗn hợp nước và bột bắp khuấy đều. Bình thường, Oobleck ở trạng thái như thạch, nhưng khi chịu lực ép mạnh, hỗn hợp này sẽ quánh lại như chất rắn. Tên gọi “Oobleck” ra đời từ tác phẩm “Bartholomew và Oobleck” (1949) của Dr. Seuss, kể về một chất dính màu xanh lá có tính chất tương tự. Thử dùng ngón tay ấn mạnh lên trên Oobleck, bề mặt tại đó sẽ rắn lại. Nhưng từ từ nhúng cả bàn tay vào Oobleck, bàn tay sẽ lún xuống dễ dàng. Nếu đột ngột rút tay ra khỏi Oobleck một lần nữa, nó lại hóa rắn và thậm chí bạn có thể rút ra cả khối Oobleck lên cùng lúc. Có thể dùng tay để bốc Oobleck lên, nhưng khi lỏng tay, nó sẽ tan chảy ngay. Rắn lại khi chịu lực tác động và hóa lỏng khi lực không còn, đó cách khiến ta có thể chạy thật nhanh trên bề mặt Oobleck mà không bị chìm xuống. Với hỗn hợp Oobleck, “đi trên mặt nước” không còn là chuyện thần kỳ. Bí mật của Oobleck Vậy, điều gì khiến Oobleck có thể biến đổi từ rắn sang lỏng và ngược lại? Đó là do sự tương tác giữa các hạt thành phần và kích thước hạt. Sự tương tác giữa các hạt: khi chịu tác động của lực, khoảng cách giữa các hạt bột bắp trong hỗn hợp thay đổi. Tại vị trí chịu lực, các hạt chụm lại, tạo thành cụm có hình dạng như tinh thể. Đây là nguyên nhân khiến Oobleck rắn lại. Tác động một lực lên Oobleck, cũng tương tự như cách ta băng qua một đám đông. Các hạt trong chất lỏng giống như người đi đường. Nếu cứ cắm cúi đi thẳng một mạch, ta sẽ đâm sầm ngay vào ai đó và buộc phải dừng lại mà không đi được xa. Nhưng nếu bước từ từ, sẽ dễ tìm ra cách để len lỏi qua dòng người. Kích thước hạt: không phải loại hạt nào cũng tạo được Oobleck. Kích thước hạt thích hợp để tạo hỗn hợp Oobleck từ 10-7 đến 10-4 cm. Như vậy Oobleck là chất rắn? Hay chất lỏng? Người ta định nghĩa, chất lỏng là những chất chảy được và có hình dạng của vật chứa nó. Còn chất rắn là chất có hình dạng xác định và có thể đàn hồi. Hãy quan sát Oobleck: nếu bạn cuộn Oobleck trên tay, rõ ràng nó là một quả bóng rắn, nhưng chỉ cần đặt lên mặt phẳng, ngay lập tức Oobleck tan lỏng ra. Liệu có loại vật chất nào vừa rắn lại vừa lỏng? Đáp án ở đây là hỗn hợp: bột bắp + nước = Oobleck. Oobleck còn được biết chính là một “chất lỏng phi Newton”, nghĩa là chất lỏng có độ nhớt không tuân theo định luật Newton. Chất lỏng phi Newton Chất lỏng phi Newton không phải vật chất gì xa lạ, trái lại, rất gần gũi với chúng ta và dễ bắt gặp hàng ngày. Kem đánh răng, sơn, gel tạo kiểu tóc, cao su, một số loại plastic dẻo, silicone… chính là những chất lỏng phi Newton! Hầu hết chất lỏng mà ta biết là chất lỏng Newton (nước, rượu,…) vì tuân theo định luật ma sát trong của Newton. Theo Newton, “độ nhớt” là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng chảy. Ví dụ: quan sát hiện tượng gió thổi trên mặt nước. Gió tác động lên mặt nước một lực nhất định và làm bề mặt nước chuyển động với vật
tốc v. Dưới tác động của độ nhớt (lực ma sát giữa các lớp của chất lỏng), lớp nước liền kề bên dưới sẽ bị kéo theo chuyển động của lớp nước phía trên. Phân loại chất lỏng phi newtonCó 2 nhóm chất lỏng phi Newton nổi bật: Nhóm có độ nhớt tỷ lệ với cường độ áp lực Trong số các chất lỏng phi Newton, Oobleck đặc biệt nhất vì có thể hóa rắn trong thời gian ngắn và khả năng chịu tải cao. OobleckChất lỏng hóa rắn Oobleck là một loại chất lỏng phi Newton, và thực chất là hỗn hợp dung dịch giữa nước và bột ngô. Khi đổ đầy bột ngô vào một bể nhỏ chứa nước và khuấy đều, một người bất kỳ có thể chạy, thậm chí nhảy trên dung dịch oobleck tạo ra mà không bị chìm. Hỗn hợp này bình thường ở trạng thái như thạch, nhưng khi chịu lực ép mạnh sẽ quánh lại như chất rắn. Và khi không còn lực tác động, oobleck sẽ hóa lỏng, từ đó giúp con người có thể chạy, nhảy thật nhanh trên bề mặt nước oobleck mà không bị chìm, nhưng nếu dừng chậm lại (ngưng tác động lực), họ sẽ chìm xuống. Oobleck có thể biến đổi từ rắn sang lỏng và ngược lại do sự tương tác giữa các hạt thành phần và kích thước hạt. Khi chịu tác động của lực, khoảng cách giữa các hạt bột ngô trong hỗn hợp thay đổi. Tại vị trí chịu lực, các hạt chụm lại, tạo thành cụm có hình dạng như tinh thể, giúp oobleck trở nên rắn hơn. Để tạo ra hỗn hợp oobleck giúp người có thể chạy trên mặt nước, chúng ta trộn đều một phần nước với 1,5 – 2 phần bột ngô. Tham khảo
|