W szkole wyróżnia się trzy podstawowe stany skupienia: ciało stałe, ciecz i gaz. Jak się jednak okazuje, nie wszystko, co określamy cieczą, zachowuje się jak woda. Istnieją ciecze, które nie zawsze są tak samo… ciekłe.

Od najmłodszych lat uczymy się rozróżniać stany skupienia. Dowiadujemy się, że ciała stałe zachowują swój kształt. Do właściwości cieczy należy zmiana kształtu (przyjmują kształt naczynia), ale nie zmiana objętości, zaś wprowadzone do naczynia gazy przyjmują zarówno kształt jak i jego objętość (wypełniają go całkowicie). Oczywiście jest to pewne uproszczenie. Gdybyśmy brali pod uwagę wyłącznie powyższe, koty (patrzcie na zdjęcie w nagłówku) również byłyby cieczami!

Często mylnie używamy zamiennie słów ciecz i płyn. Możemy popełnić w ten sposób błąd, podobnie jak z prostokątem i kwadratem. Przypomnienie: każdy kwadrat możemy nazwać również prostokątem, ale nie każdy prostokąt możemy nazwać kwadratem. Teraz wystarczy tylko zamienić kwadrat na ciecz i prostokąt na płyn. Substancje, które określamy płynami muszą… płynąć, czyli przepływać swobodnie. Zaliczamy więc do nich zarówno ciecze jak i gazy.

Płyny, które nie słuchają Newtona

Nad właściwościami płynów uczeni zastanawiają się już od dawna. Warto wspomnieć o Isaacu Newtonie. W XVII wieku przyszła mu do głowy myśl, która dała podstawę do sformułowania ważnego prawa mechaniki płynów rzeczywistych, nazwanego później hydrodynamicznym prawem Newtona. Mocno uproszczając można założyć, że płyny spełniające to prawo, podczas wprawiania w ruch (przechylanie, uderzenia w powierzchnię) nie zmieniają swoich ciekłych właściwości. Świetnym przykładem jest woda – możemy ją przelewać z butelki do kubka, możemy do niej wrzucać różne przedmioty, a ona nadal będzie zachowywać się jak woda, będzie tak samo… ciekła.

Nie wszystkie płyny spełniają jednak powyższe prawo. Te, które tego nie czynią nazywamy płynami nienewtonowskimi. Z niektórymi mamy nawet do czynienia na co dzień. Przykładem takiej cieczy jest ketchup. Czasem trudno wydostać go z butelki, wystarczy jednak trochę potrząsnąć naczyniem i bez problemu ketchup pojawia się na naszym talerzu. Wprawiamy wtedy ketchup w ruch, a ten zamiast nadal zachowywać się tak samo „lepko” (jak to w zwyczaju ma płyn newtonowski), zaczyna bardziej ciec, co ułatwia nam zadanie.* Istnieją też płyny zachowujące się całkiem odmiennie niż keczup. Pod wpływem przykładanej siły, mogą w przybliżeniu reagować jak ciała stałe.** Więcej o tym, jak się zachowują takie „nie-wodne” i zarazem „nie-keczupowe” ciecze, możecie sprawdzić w filmie na naszym kanale na Youtube.

Płyny nienewtonowskie (przede wszystkim ciecze) znajdują różne zastosowania. Mogą służyć do zabawy, jak woda ze skrobią ziemniaczaną lub uwielbiane przez dzieci i młodzież glutki (są one przykładem cieczy superlepkich, mających właściwości nienewtonowskie). Mogą jednak również służyć do ochrony przed atakiem nożownika czy nawet bronią palną***. Pozwalają na to kamizelki lub osłony balistyczne wypełnione cieczami nienewtonowskimi. Pracują nad tym polscy naukowcy.

* Płyny, które wtedy stają się bardziej ciekłe nazywamy nienewtonowskimi płynami rozrzedzanymi ścinaniem.

** To nienewtonowskie płyny zagęszczane ścinaniem.

*** Pierwsze kamizelki kuloodporne zostały wynalezione przez Polaków Jana Szczepanika oraz Kazimierza Żeglenia.

Artykuł opracowany przez zespół Mobilnego Projektu Edukacyjnego Naukowiej w ramach projektu „Małopolskie Centrum Nauki – projekt zintegrowany”

Ilustracja w nagłówku – redd.it