Fizyka śliny

Przeduk za zgodą Macmillan Publishers Ltd: Nature Physics, Bhat et al. ©2010

ResearchBlogging.org

Czy zastanawialiście się kiedyś – może w odległym dzieciństwie, gdy takie obrzydliwe tematy bardziej Was zajmowały – dlaczego ślina, gdy wzięta w palce i rozciągnięta, tworzy coś przypominającego sznurek z nanizanymi koralikami? Albo przyznajcie się – nie macie bladego pojęcia, o czym mówię. Proszę więc udać się w jakieś zaciszne miejsce, gdzie nie będzie Was widział nikt z kolegów i współpracowników, a następnie umieścić odrobinę śliny pomiędzy kciukiem i palcem wskazującym. Na koniec, po ściśnięciu palców, proszę je powoli rozciągnąć. Jeśli wszystko się uda, powinniście zobaczyć coś takiego, jak na obrazku obok. Możecie też po prostu pominąć cały eksperyment i przejść od razu do oglądania obrazka…

Podobne zjawisko można zaobserwować dla wielu innych płynów w przyrodzie (zachowuje się tak protoplazma oraz nici pajęcze) oraz w przemyśle (zachowują się tak na przykład substancje stosowane jako pokrycia wodoodporne na szyby). Ważnym spostrzeżeniem tutaj jest to, że podobne zachowanie jest charakterystyczne dla płynów nienewtonowskich.

Kilka więc słów wyjaśnienie, co to w ogóle jest płyn newtonowski. Istnieje kilka fizycznych modeli opisujących zachowania płynów. W zależności od pewnych fizycznych parametrów, płyny zachowują się bardziej lub mniej podobnie do tego, co owe modele przewidują. Najprostszy z nich to tzw. model Newtona. Według tego modelu lepkość płynu może być opisana prostym, liniowym równaniem. Zachowanie płynu zaś jest przewidywalne i mocno intuicyjne. Płynem newtonowskim jest woda i jej liczne roztwory. Płynem newtonowskim (i tu dochodzi nam pytanie o definicję płynu) są także niektóre gazy, np. powietrze.

Płyny nienewtonowskie, dla odmiany, to oczywiście płyny, które tego prostego równania nie przestrzegają. W warunkach stałego ciśnienia ich lepkość zmienia się (w odróżnieniu od płynów newtonowskich, dla których jest wielkością stałą). Klasycznym i bardzo interesującym przykładem płynu nienewtonowskiego są mocno nasycone roztwory skrobi, które są znakomitą pożywką dla programów popularnonaukowych. Zobaczcie zresztą sami:

Jak więc dochodzi do formowania tych dziwnych struktur między naszymi palcami (nazwanych, może mało oryginalnie, beads-on-a-string, w skrócie BOAS)? Odpowiedzi na to pytanie spróbowała udzielić grupa fizyków amerykańskich, a wyniki opublikowano niedawno w Nature Physics

Pewne podstawy zjawiska formowania BOAS były już znane od dawna. Ponadto wiadomo było, że do formowania BOAS ze śliny niezbędna jest obecność lepkich polimerów obecnegych w niej – mukopolisacharydów, które zaburzają lepkość płynu. Te zaburzenia wpływają na powstawanie koralików. Amerykanie wykazali jednak, że chociaż tzw. lepkosprężystość płynu jest niezbędna, to jednak nie jest wystarczająca do powstawania BOAS. W swojej dość technicznej pracy pokazali, że zjawisko powstawania BOAS zależy od czterech różnych sił i ich współdziałania: kapilarnej, lepkości, elastycznej i inercji. Gdy jedna z nich zaczyna przeważać w systemie nad pozostałymi, wówczas dochodzi do tworzenia koralików, a to, która z nich to jest, definiuje dynamikę tego procesu.

I tu przestanę, gdyż dalej są już tylko równania, równania, równania. Jeśli ktoś jest zainteresowany, to zachęcam do rzucenia okiem na publikację. Jeśli nie – możecie zostać tutaj ze mną i podziwiać Włochów stąpających po wodzie…

Bhat, P., Appathurai, S., Harris, M., Pasquali, M., McKinley, G., & Basaran, O. (2010). Formation of beads-on-a-string structures during break-up of viscoelastic filaments Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1682

2 Comments

  1. O kurcze… ukradli mi dzieciństwo bo dopiero teraz wykonałam eksperyment samodzielnie :) Fajne te koraliki, chociaż bawienie się śliną dla zabicia czasu może być potraktowane jako dziwny fetysz przez otoczenie :D
    Bieganie po skrobii też wygląda na niezłą zabawę…

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s