مخلوط آرد ذرت و آب هنگامی که تحت ضربات سریع قرار بگیرد همانند یک جامد یکپارچه عمل می‌کند. به تازگی گروهی از محققان در دانشگاه پرینستون آمریکا با مطالعه رفتار این مخلوط تحت شرایط مختلف دریافته‌اند در صورتی که میزان تنش وارد شده از یک حد معین بیشتر باشد، این جامد عجیب دچار شکاف و ترک خوردگی نیز می‌شود.

مجموعه‌ای از ذرات، چه به صورت خشک و چه به صورت معلق در داخل یک مایع، می‌توانند تحت شرایط مختلف رفتارهای متفاوتی نشان بدهند و مانند یک جامد یا مایع عمل کنند. یک مثال خانگی خوب در این مورد عبارت است از مخلوطی از آرد ذرت و آب که در حالت معمول همانند مایعی با گرانروی بالا جاری می‌شود، اما هنگامی که با سرعت بالا به آن ضربه وارد کنیم به حدی جامد خواهد شد که می‌تواند وزن یک انسان را برای یک تا دو ثانیه تحمل کند. در مقاله‌ متیو روشه (Matthieu Roche) و همکارانش از دانشگاه پرینستون که در فیزیکال ریویو لترز چاپ شده است، این گروه از دانشمندان نشان می‌دهند که چگونه این ماده سفت در صورت بالا بودن تنش ناشی از ضربه دچار ترکیدگی می‌شود.

در هنگام برخورد، سفت شدن یک سوسپانسیون از نوع مخلوط آرد ذرت و آب، به صورت یک فرآیند «تراکمی» اتفاق می‌افتد: مایع به بیرون رانده می‌شود، اما ذرات آرد ذرت (معمولا با ابعاد در حد میکرون) پیش از آنکه از مسیر خارج شوند به شدت به یکدیگر فشرده می‌شوند و بنابراین یک چارچوب کاملا جامد به وجود می‌آورند. گروه روشه از تکنیک‌های عکسبرداری با سرعت بالا برای نظارت بر رفتار سوسپانسیون هنگامی که یک میله استوانه‌ای از ارتفاع‌های مختلف بر روی لایه نازکی از آن رها می‌شد استفاده کردند. برخورد استوانه با مخلوط آرد ذرت و آب ابتدا باعث تولید یک حلقه جامد به ضخامت چند میلی‌متر می‌شود و سپس یک شکاف عمیق حول استوانه به وجود می‌آید (این حلقه به دلیل آنکه نسبت به مخلوط اولیه زبرتر است به راحتی قابل مشاهده است). اگر لایه سوسپانسیون به اندازه کافی نازک باشد، به سرعت ترک‌هایی به صورت شعاعی از لبه‌های شکاف به سمت بیرون ایجاد می‌شوند که میزان پیشروی و انتشار این ترک‌ها در لایه‌های نازک‌تر بیشتر است. این ترک‌ها در نهایت با بازگشت جریان آب به داخل منطقه جامد محو می‌شوند. اندازه‌گیری‌های دقیق روشه و همکارانش تحت شرایط مختلف به محققان این اجازه را داد که قدرت مکانیکی این جامد دارای عمر کوتاه و نیز انرژی جنبشی مورد نیاز برای انتشار ترک‌ها را محاسبه نمایند. رفتار غیر منتظرانه این مخلوط عجیب می‌تواند راه را برای مطالعه سایر مخلوط‌های مهم مایع-ذره از مواد غذایی گرفته تا زمین در حال لرزه بر اثر زلزله روشن کند.

منبع:http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.110.148304

مرجع:http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i14/e148304