Открытие, претендующее на Шнобелевскую премию, совершили ученые Оксфордского университета - они выяснили, почему кетчуп разбрызгивается из пластиковой бутылки, когда она подходит к концу. Кетчуп - одна из самых популярных приправ, поэтому с этим загадочным явлением, наверняка сталкивались многие из нас. Когда вы пытаетесь сдобрить приправой жареную картошку или кусок мяса, кетчуп вдруг начинает фыркать и томатный соус разлетается с большим радиусом поражения, оставляя красивые сочные пятна на одежде окружающих.
Конспирологические теории объясняют этот эффект самыми разными причинами. Например, моя супруга уверена, что это происходит, потому что "у некоторых людей руки растут из одного места". Но современное экспертное сообщество с негодованием отвергает такие антинаучные взгляды.
Рецепт идеальной жидкости от Исаака Ньютона
За дело взялись сотрудники факультета инженерных наук Оксфордского университета Каллум Каттл и Кристофер Макминн. Они решили выяснить, какие физические силы действуют на соус, и почему он себя так плохо ведет перед тем, как отправиться в последний путь. С этой целью инженеры провели серию лабораторных экспериментов. Дело в том, что бутылка кетчупа, сжимаемая человеческой рукой, представляет собой сложную систему. А сам соус, с точки зрения физики, является далеко не простой субстанцией.
В свое время Ньютон сформулировал свойства, так называемых, "идеальных жидкостей" и определил, что одним из главных критериев классификации является вязкость. Идеальные жидкости (вода, сок, спирт, кровь и тд.) сохраняют одинаковую текучесть вне зависимости от сил, которые на них действуют. Такие жидкости называют ньютоновскими, сила трения между слоями (любая жидкость состоит из серии слоев) - минимальна. Но не таков кетчуп! Он относится к категории неньютоновских жидкостей (мед, сгущенное молоко, йогурт и т.д.) Они отличаются тем, что состоят из крупных молекул, которые объединяются в сложные структуры.
А теперь внимание! - такие "неидеальные" субстанции могут вести себя и как жидкость, и как твердое тело.
- Кетчуп состоит из измельченных твердых частиц томатов, взвешенных в жидкости, это делает его скорее «мягким твердым веществом», чем жидкостью, - объясняет Энтони Стикленд из Мельбурнского университета. - Твердые частицы образуют относительно прочную структуру и, чтобы преодолеть силу этой связи, надо сжать бутылку. Тогда давление увеличивается, вязкость возрастает и кетчуп ведет себя как жидкость и льется на тарелку. Но этой выталкивающей силе противодействует сопротивление жидкости относительно стенок сосуда. Баланс этих двух сил и управляет вытеканием кетчупа на тарелку.
Как это связано с глобальным потеплением и извержением вулканов
Когда нижняя часть кетчупа выдавливается верхними слоями соуса, никаких ЧП не происходит. Но если кетчупа остается мало, а воздуха в бутылке много, то создаются условия для возникновения "взрывного эффекта", когда капли кетчупа под избыточным давлением газов вылетают из сопла и разбрызгиваются вокруг. Ведь воздух с микроскопическими каплями соуса выходит быстрее, чем кетчуп (ох, уж мне эта вязкая неньютоновская жидкость!) успевает стечь со стенок на место выдавленной порции.
О своих достижениях в понимании математической природы выдавливания кетчупа ученые доложили на собрании Американского физического общества по гидродинамике в Индианаполисе.
- Это исследование может иметь важные последствия для различных областей производства, связанных с вытеснением жидкости газом. Речь идет о закачивании углекислого газа в водоносные пласты (так борются с глобальным потеплением), понимании особенностей некоторых типов извержений вулканов, лечении заболевания легких и разработку более совершенных топливных систем, - отмечается в пресс-релизе Оксфордского университета.
Если бы кетчуп знал, какие силы природы вытесняют его из бутылки, он бы наверняка возгордился.
В то же время ученые дают практические советы любителям вкусно поесть.
- Сжимайте опустевшую бутылку медленнее, это позволит избежать избыточного давления газа внутри.
- Узкое выходное отверстие - причина многих бед. Если возможно, снимите крышку и дайте кетчупу стечь через более широкое горлышко.
- На некоторых типах бутылок устанавливается резиновый колпачок. Когда бутылка подходит к концу - снимите его. Брызг будет гораздо меньше.