Oamenii de știință își răspândesc descoperirile privind rolul condimentelor și alimentelor în stabilizarea reacțiilor nucleare. Fiind o emulsie non-newtoniană, maioneza ar putea oferi informații pentru stabilizarea plasmei nucleare.
Fluidele cu densități diferite se amestecă într-un mod turbulent și creează instabilități care sunt greu de înlăturat.
Studierea momentului și a modului în care maioneza devine instabilă poate ajuta oamenii de știință să regleze viitoarele teste.
Oamenii de știință tocmai au realizat cinci ani de muncă pe un subiect de fizică surprinzător: maioneza, un exemplu de „solid moale” care ar putea deține cheia stabilizării reacțiilor de fuziune nucleară.
Deși maioneza este în continuare supusă modificărilor cauzate de o diferență de densitate a materialului față de o substanță vecină, natura sa „elastică-plastică” înseamnă că rezistă mai mult în fața instabilității. Oricine a încercat să amestece sriracha sau ketchup ar fi putut să ne spună asta - dar natura încăpățânată a maionezei ar putea ajuta oamenii de știință să adauge structură și previzibilitate plasmei nucleare haotice.
Ar putea viitorul energiei să se afle într-o versiune fizică a sosului Big Mac? Vom înlocui insulele disruptive de plasmă folosind Thousand Island?
Pentru a răspunde la aceste întrebări, haideți să vorbim despre maioneză. Maioneza de casă se prepară prin combinarea ouălor, a sucului de lămâie și, de obicei, a muștarului, apoi se bate sau se amestecă cu mixerul, în timp ce se adaugă ulei neutru.
Oul și muștarul sunt ambii emulgatori, dar în timp ce muștarul dă un pic de corp rețetelor clasice de vinegretă, oul este de nivel superior și creează o emulsie cremoasă și stabilă, cu mult corp. Și în timp ce „aioli” a devenit o abreviere pentru maioneza cu usturoi amestecat, rețeta originală și clasică utilizează doar usturoiul pentru a emulsiona; fără ou, rămâne mai puțin stabilă, de asemenea.
Cum controlează fuziunea nucleară
Ce legătură are acest lucru cu fuziunea nucleară? În noul experiment, cercetătorii Aren Boyaci și Arindam Banerjee de la Universitatea Lehigh au folosit maioneza pentru a studia momentul critic în care un material elastic devine unul plastic. Materialele elastice, cum ar fi articolele de îmbrăcăminte elastice pe care le descriem astfel, se pot deforma și apoi reveni la forma inițială. Materialele plastice, în schimb, iau o nouă formă și rămân așa.
Autorii studiului scriu: „Maioneza se comportă fie ca un fluid care slăbește prin forfecare, fie ca un solid elastic-plastic, în funcție de deformarea impusă; punctul critic de tranziție între aceste două stări este definit ca punctul de curgere”.
Stabilind punctul de curgere și rămânând pe partea elastică, oamenii de știință pot identifica „tensiunile elastice maxime complet recuperabile”, adică maximul pe care îl putem exercita asupra maionezei înainte ca aceasta să își piardă complet elasticitatea și să devină deformabilă și plastică. Natura elastică-plastică a maionezei (care prezintă calități ale ambelor în același timp) înseamnă că este foarte potrivită pentru a prezenta această zonă elastică extinsă, permițând oamenilor de știință să studieze cum să evite deformarea materialelor și crearea de turbulențe costisitoare.
Atunci când două fluide se întâlnesc și au densități diferite, se creează un răspuns numit instabilitate Rayleigh-Taylor (RTI). Ați văzut acest lucru dacă ați turnat vreodată ulei în apă sau viceversa: o intruziune în formă de deget începe rapid să se curbeze și să se transforme în ceva care arată mai mult ca un fractal. Suprafața comună, sau interfața, dintre cele două fluide devine turbulentă pe măsură ce acestea se luptă pentru densitate. În spațiul cosmic, norii de plasmă răspund în același mod, împingându-se în zone mai puțin dense, creând nori în formă de degete, dramatici, la scară cosmică.
Experimentul care schimbă tot ce știai despre maioneză
În experimentele cu răspunsuri RTI, oamenii de știință au observat ceva ce ei numesc „necking”, adică atunci când o concentrație de stres fizic poate deforma fluidul într-o spirală lungă care este mai greu de menținut în formă. Gândiți-vă la modul în care ceara topită a lămpii de lavă se întinde și apoi se rupe într-un cerc sau la modul în care uleiul turnat în apă se dispersează rapid într-un milion de picături minuscule în loc să rămână împreună. Acest amestec turbulent este genul de perturbare pe care oamenii de știință nu și-l pot permite atunci când vine vorba de fuziunea nucleară, unde plasma încălzită de soare trebuie să fie menținută cât mai uniformă posibil, în ciuda variațiilor naturale minuscule care rezultă din utilizarea echipamentelor fabricate de om și a materialelor derivate din natură.
Prin urmare, nu este surprinzător faptul că, atunci când Boyaci și Banerjee au reușit să reducă la minimum punctele fierbinți de stres care, de obicei, duc la această gâtuire, au reușit să reducă instabilitatea și să își mențină probele mai stabile pentru mai mult timp. Ei au făcut acest lucru prin maximizarea lungimii de undă a perturbării, adică lățimea acesteia, și minimizarea magnitudinii acesteia, adică cât de adânc a putut săpa perturbarea. În loc de un deget lung și îngust, condițiile pot fi reglate pentru a crea un deal blând care să nu devină niciodată un gât.
Maioneza este vedeta spectacolului în parte pentru că este un fluid non-newtonian, la fel ca oobleck făcut din apă și amidon de porumb. Vâscozitatea acestor fluide nu se comportă în modul prezis de Sir Isaac Newton, deoarece se modifică în funcție de forțele care le sunt aplicate. Este posibil ca maioneza să nu reziste la alergarea copiilor peste ea, ca oobleck-ul, dar ea și alte emulsii pot suporta o anumită presiune înainte de a se rupe.
Într-adevăr, aceste calități speciale l-ar încânta probabil pe Newton. Dacă un măr ar fi căzut și s-ar fi lovit de oobleck, ar fi putut să vadă cum acesta ricoșează inițial și apoi începe să se scufunde, ceea ce ar fi însemnat o cu totul altă cronologie științifică.
Comentează