Магия неньютоновской жидкости: эксперименты со звуком и физикой 0:08
Ведущий канала Veritasium решил детально исследовать поведение неньютоновской жидкости, поместив раствор кукурузного крахмала и воды на поверхность динамика. Используя высокоскоростную камеру, он проанализировал влияние различных частот и амплитуд звуковых колебаний на формирование причудливых структур, которые часто называют «крахмальными монстрами».
Экспериментальный подход к динамике жидкости 0:08
Для получения наиболее выразительных визуальных эффектов в эксперименте варьировались два ключевых параметра: частота колебаний и их амплитуда. При низкой амплитуде раствор ведет себя как обычная жидкость, однако с её увеличением движение становится рваным, а поверхность начинает «подпрыгивать».
На частоте 20 Гц, которая часто рекомендуется в научных публикациях для наблюдения данного феномена, жидкость начинает проявлять более четкие и упорядоченные структуры. При увеличении частоты до 22 Гц эффект становится еще более выраженным, хотя результат остается в некоторой степени случайным: иногда масса превращается в бесформенный комок, а иногда образует сложные геометрические формы.
Дальнейшее повышение частоты до 34 Гц приводит к неожиданному результату: вместо формирования четких структур вещество становится более когерентным и «гладким». Высокоскоростная съемка позволила заметить, что на высоких частотах инерция заставляет жидкость практически полностью отрываться от диффузора динамика, не успевая оседать на него.
Физика неньютоновского поведения 5:05
Раствор кукурузного крахмала в воде представляет собой суспензию — взвесь мельчайших частиц крахмала в воде. Механизм изменения вязкости такой смеси зависит от скорости воздействия:
- При медленном движении: частицы крахмала успевают перемещаться друг относительно друга, так как вода выступает в роли смазки, и смесь ведет себя как жидкость.
- При быстром воздействии: возникает сильный сдвиг (разница в скоростях движения слоев). Частицы крахмала сталкиваются, блокируют друг друга и теряют способность течь, из-за чего смесь мгновенно переходит в твердое состояние.
Ведущий приводит наглядную аналогию с дорожным трафиком в Лос-Анджелесе. Когда машин мало, поток движется плавно — это соответствует низкой концентрации частиц крахмала или медленному движению жидкости. В час пик плотность автомобилей резко возрастает, и при попытке ехать быстро транспортный поток «закупоривается», превращаясь в своего рода «твердое тело», где движение становится невозможным. Таким образом, дорожные заторы могут рассматриваться как макроскопический пример поведения, подобного неньютоновской жидкости.
