Eine Aufschlämmung aus Maisstärke und Wasser ist weitaus seltsamer als die Summe ihrer Teile. Bewegen Sie es langsam und es fließt wie eine Flüssigkeit; Schlagen Sie es oder scheren Sie es schnell, und es sperrt sich wie ein Feststoff.
Die Gänsehaut ist so seltsam, dass sie in „Bartholomäus und der Oobleck“, in dem die Substanz das Schicksal des Königreichs Didd fast besiegelte, seussischen Ruhm (und einen Namen) erlangte.
Über Märchen hinaus ist Oobleck ein Grundnahrungsmittel für Wissenschaftslabors und Vorschulklassen. Jetzt haben Forscher das erste 3D-Computermodell entwickelt, das das scheinbar mysteriöse Verhalten der Substanz vorhersagen kann und möglicherweise Türen für weitaus ernstere Anwendungen von Oobleck öffnet. (Ob dieses Modell das Königreich Didd gerettet hätte oder nicht, werden wir nie erfahren.)
"Es gibt möglicherweise Möglichkeiten, dieses Material auf eine Weise zu verwenden, über die wir noch nicht nachgedacht haben, und bei der Sie es so gestalten können, dass es sich unter sehr, sehr spezifischen Umständen in ein festes Verhalten verwandelt", sagte Studienleiter Ken Kamrin, Maschinenbauingenieur am Massachusetts Institute of Technology. Ein Beispiel, sagte Kamrin gegenüber Live Science, könnte Schutzkleidung sein, die sich flexibel bewegen und fließen kann, wenn sie nicht hart getroffen wird. In diesem Fall würde sie sich versteifen und wie ein Schild wirken.
Ungewöhnliche Flüssigkeit
Oobleck ist eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit, ein Begriff für Flüssigkeiten, deren Viskosität (wie leicht sie fließen) unter Belastung geändert wird. Wenn Sie mit den Fingern langsam durch Maisstärke und Wasser fahren, wirkt es wie eine Flüssigkeit, übt jedoch eine schnelle Kraft aus und verfestigt sich, biegt sich und reißt sogar.
"Es ist wirklich wie eine Flüssigkeit, wenn man sie langsam bewegt, aber sie macht alles, was man von einem Feststoff erwartet, wenn man schnell damit spielt", sagte Kamrin.
Nach einem wissenschaftlichen Vortrag über die Eigenschaften von Oobleck leiteten Kamrin und seine Kollegen eine "sehr gesunde" interne Debatte darüber ein, wie sich Maisstärke und Wasser von anderen feuchten, körnigen Materialien unterscheiden könnten. Der Wissenschaftler und sein Team konzentrieren sich normalerweise auf den Fluss von Sand, Kies und anderen Industriematerialien. Aber Maisstärke ist anders, sagte er, vor allem, weil die Partikel so klein sind. Maisstärkepartikel haben eine Größe von Mikrometern bis 10 Mikrometern und sind kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.
Bei dieser Größe sind Partikel anfällig für kleinste thermische und elektrische Kräfte, sagte Kamrin. Infolgedessen stoßen sich Maisstärketeilchen im Wasser tatsächlich leicht ab und werden durch Kräfte auseinandergehalten, die zu schwach sind, um auf etwas so Großes wie ein Sandkorn zu treffen. Diese Abstoßungskraft unterstützt den Aufschlämmungsfluss, da die Partikel zwischen diesen eine Flüssigkeitsschicht bevorzugen. Beim Zusammendrücken übernimmt jedoch die Reibung und die Partikel bewegen sich wie ein Feststoff.
Ein Modell machen
Kamrin und sein Team begannen mit einem Computermodell aus nassem Sand, das sie bereits entwickelt hatten, und nahmen Anpassungen vor, um feuchte Maisstärke besser nachzuahmen. Am wichtigsten ist, dass sie eine zusätzliche Variable hinzugefügt haben, um vorherzusagen, wie viele Maisstärkekörner sich in einem bestimmten Bereich der Flüssigkeit berühren. Mit dieser Variablen, die Kamrin scherzhaft als "Klumpen" bezeichnet, kann das Modell bestimmen, wie fest oder flüssig das Oobleck sein wird.
Das Modell, das am 27. September in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences beschrieben wurde, kann verwendet werden, um die Reaktion von Oobleck auf verschiedene Kräfte zu simulieren, z. B. zwischen zwei Platten gedrückt oder mit einem Projektil getroffen. Die Forscher testeten das Modell auch mit einem virtuellen "Rad", indem sie es über einen Oobleck-Tank fuhren. Dabei stellten sie fest, dass die Oberfläche des Ooblecks umso fester ist, je schneller sich das Rad bewegte.
Dieses Experiment spiegelt eine mögliche Verwendung von Oobleck als vorübergehende Füllung für Schlaglöcher wider, sagte Kamrin. Auf einer Straße mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeitsbegrenzung könnte ein Beutel mit Oobleck (oder Oobleck-ähnlichem Material) in ein Schlagloch geworfen werden, sich verformen, um die Lücke zu füllen, und bei Überfahren durch Autoräder zu einem Feststoff übergehen.
Da Materialwissenschaftler sich mehr für die seltsamen Eigenschaften von Oobleck interessieren, könnte das neue Modell nützlich sein, um Anwendungen virtuell zu testen, sagte Kamrin.
"Sie können im Grunde versuchen, mit dem Modell auf dem Computer zu entwerfen", sagte er, "und wenn Sie glauben, das richtige Protokoll zu haben, können Sie etwas machen."
Ursprünglich veröffentlicht am Live Science.
