للحصول على غرابة فورية: أضف الماء! / ناثان كولينز

الاحتكاك بين الجزيئات الصغيرة هو تفسير للخصائص الغريبة لنشا الذرة في السائل

نشا الذرة، أو دقيق الذرة، الذي يضاف إليه القليل من الماء هو مادة غير عادية. للوهلة الأولى يبدو مثل أي سائل آخر: يمكنك سكبه من وعاء إلى آخر وغمس يديك فيه. ولكن إذا حاولت سحقها أو ضرب السطح بالقوة، فسوف يتصلب المعجون على الفور: يمكنك دحرجته على شكل كرة، والمشي عليها وحتى القفز عليها.

كما أن التحريك القوي للخليط سيجعله بنفس صلابة الحجر تقريبًا. يحب الفيزيائي إريك براون من جامعة ييل إثبات غرابة دقيق الذرة في الماء: فهو يحرك الخليط بقضيب معدني. ويقول إنه إذا قمت بالتحريك بقوة كافية، فيمكنك كسر القضيب حرفيًا. والشيء الأكثر غرابة هو أن التحول يمكن عكسه: إذا تركت التحريك، فإن الكتلة ذات المظهر الصلب ستعود وتصبح سائلة.

لقد حاول الفيزيائيون منذ فترة طويلة تقديم تفسير كامل للانتقال السريع من السائل إلى الصلب والذي يسمى سماكة القص. وفي نهاية المطاف، وجد فريق من المجربين الفرنسيين أدلة في عام 2003 على أن سماكة القص هي نتيجة ثانوية للاحتكاك بين الجسيمات.

ومنذ وقت ليس ببعيد، تمكن الباحثون من تأكيد هذا النهج من خلال عمليات محاكاة حاسوبية مفصلة للتفاعلات بين الجسيمات. عند التركيزات المنخفضة من النشا، يعمل السائل كمواد تشحيم بين الجزيئات ويسمح لها بالتحرك بحرية أكثر أو أقل، كما يقول جيفري موريس، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة مدينة نيويورك (CUNY)، وأحد مؤلفي هذا البحث. الورقة حول هذا الموضوع في المجلة رسائل المراجعة الفيزيائية. حتى لو تمت إضافة الجزيئات، يظل الماء بمثابة "مادة تشحيم مثالية تقريبًا"، حتى يبدأ شخص ما في التحريك بقوة شديدة. تعمل القوة الإضافية على ضرب جزيئات التعليق ببعضها البعض وإلصاقها ببعضها البعض. في هذه الحالة، سطحها الخشن يمنعها من الانزلاق فوق بعضها البعض. وبدلاً من ذلك، فإنها تشكل سلاسل طويلة وصلبة متماسكة معًا بقوة الاحتكاك. وهذا هو السبب في أن سوائل القص السميكة تبدو وكأنها مواد صلبة تقريبًا، كما يقول الباحث الرئيسي في الدراسة ريوهي سيتو، وهو أيضًا من جامعة مدينة نيويورك.

يقول موريس: "إن التكثيف القصي شيء مذهل"، مضيفًا أنه من أجل الإجابة على "سؤال أساسي" في الفيزياء، كانت هناك حاجة إلى عدد لا يحصى من التجارب والدراسات النظرية. يقول براون إن العديد من الأسئلة لا تزال قائمة. لا يزال من غير الواضح، على سبيل المثال، ما إذا كانت هذه التفاعلات المجهرية في لب دقيق الذرة والتي تسبب سماكة القص تفسر أيضًا مقاومة اللب للصدمات.

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل