Kečap je jedan od najpopularnijih začina u Sjedinjenim Državama, zajedno sa majonezom, ali vađenje ovih nekoliko poslednjih kapljica iz boce često rezultira iznenadnim prskanjem. „To je dosadno, potencijalno neugodno i može pokvariti odeću, ali možemo li nešto da uradimo povodom toga?“ Kalum Katl sa Univerziteta u Oksfordu rekao je tokom konferencije za štampu ranije ove nedelje na sastanku Američkog fizičkog društva o dinamici fluida u Indijanapolisu, Indijana. „I što je još važnije, može li nam razumevanje ovog fenomena pomoći kod bilo kojih drugih problema u životu?“
Odgovor na oba pitanja, po Cuttleu, je odlučno da. Zajedno sa svojim kolegom iz Oksforda, Chrisom MacMinom, sproveo je seriju eksperimenata kako bi identifikovao sile u igri i razvio teorijski model prskanja kečapa. Među najzanimljivijim nalazima: sporije stiskanje boce i udvostručenje prečnika mlaznice pomaže u sprečavanju prskanja. Takođe postoji kritični prag gde se protok kečapa naglo pomera sa neprskanja na prskanje. Preprint rad je postavljen na arKsiv i trenutno je u fazi recenzije.
Dodatna literatura
Naučnici još uvek uče sjajne nove stvari o gnjecavoj sluzi od haha
Isak Njutn je identifikovao svojstva onoga što je smatrao „idealnom tečnošću“. Jedno od tih svojstava je viskozitet, labavo definisan kao koliko trenja/otpora postoji da teče u datoj supstanci. Trenje nastaje zato što je tečnost koja teče u suštini niz slojeva koji klize jedan pored drugog. Što brže jedan sloj klizi preko drugog, to je veći otpor, a što sporije jedan sloj klizi preko drugog, otpor je manji.
Ali ne ponašaju se sve tečnosti kao Njutnova idealna tečnost. U Njutnovoj idealnoj tečnosti, viskozitet u velikoj meri zavisi od temperature i pritiska: voda će nastaviti da teče – tj. ponašaće se kao voda – bez obzira na druge sile koje deluju na nju, kao što je mešanje ili mešanje. U nenjutnovskoj tečnosti, viskozitet se menja kao odgovor na primenjenu deformaciju ili silu smicanja, čime se prelazi granica između ponašanja tečnosti i čvrste materije. Fizičari to vole da zovu „sila smicanja“: mešanje šolje vode proizvodi silu smicanja, a voda se maka da bi se pomerila sa puta. Viskozitet ostaje nepromenjen. Ali viskoznost nenjutnovskih tečnosti se menja kada se primeni sila smicanja.
Kečap je nenjutnova tečnost. Krv, jogurt, sos, blato, puding i zgusnuti nadjevi za pite su drugi primeri, zajedno sa sluzi od haha. Nisu svi potpuno slični u pogledu svog ponašanja, ali niko od njih se ne pridržava Njutnove definicije idealne tečnosti.
Kečap se, na primer, sastoji od usitnjenih čvrstih čestica paradajza suspendovanih u tečnosti, što ga čini više „mekom čvrstom materijom“, a ne tečnom, prema Entoni Striklandu sa Univerziteta Melburn u Australiji. Čvrste materije se povezuju da bi stvorile neprekidnu mrežu, a čovek mora da prevaziđe snagu te mreže da bi kečap mogao da teče – obično tapkanjem ili udaranjem flaše. Kada se to desi, viskozitet se smanjuje, a što se više smanjuje, kečap brže teče. Naučnici iz Heinza su odredili optimalnu brzinu protoka ili kečapa na 0,0045 na sat.
Kada je u boci ostalo samo malo kečapa, potrebno je da ga udarite mnogo jače, čime se povećava rizik od prskanja. „Dok stignete do kraja, veći deo onoga što je unutra je vazduh“, rekao je Katl. „Dakle, kada stisnete, ono što radite je komprimovanje vazduha unutar boce, što stvara pritisak koji izvlači [kečap] napolje. Mlaznica obezbeđuje viskoznu silu otpora koja se suprotstavlja viskoznom toku kečapa, a ravnoteža između njih određuje brzinu protoka. Kako se boca prazni, viskozitet se smanjuje jer ima sve manje kečapa za guranje. A odliv tečnosti znači da ima sve više prostora za širenje vazduha unutar boce, smanjujući pokretačku silu tokom vremena.
Razumevanje komplikovane dinamike zašto se glatki tok iznenada pomera u prskanje počelo je pojednostavljivanjem problema. Cuttle i MacMinn su napravili analog boce kečapa, punili špriceve (u osnovi kapilarne epruvete) kečapom, a zatim ubrizgavali različite količine vazduha (od 0 do četiri mililitra) pri fiksnim stopama kompresije da bi videli kako promena količine vazduha utiče na brzinu protoka i da li je kečap prskao. Ponovili su eksperimente sa špricevima napunjenim silicijumskim uljem kako bi bolje kontrolisali viskozitet i druge ključne varijable.
Rezultat: špricevi sa ubrizganim 1 mililitarom ili više vazduha stvaraju prskanje. „Ovo nam govori da vam je potrebno malo vazduha u špricu ili boci da biste stvorili prskanje i stvorili taj nestabilan nalet protoka“, rekao je Katl. To predstavlja kritični prag „prskanja sosa“ gde se kečap pomera od glatkog toka do prskanja, u zavisnosti od faktora kao što su količina vazduha, brzina kompresije i prečnik mlaznice. Ispod tog praga, pokretačka sila i odliv tečnosti su uravnoteženi, tako da je tok nesmetan. Iznad praga, pokretačka sila se smanjuje brže od izliva. Vazduh postaje prekomerno komprimovan, poput zaustavljene opruge, a poslednji komad kečapa se izbacuje naglo.
„Šprskanje boce kečapa može se svesti na najfinije ivice: čak i malo prejako stiskanje će proizvesti prskanje, a ne stalan mlaz tečnosti“, rekao je Katl. Jedan zgodan savet je da se stišće sporije, čime se smanjuje brzina komprimovanja vazduha. Proširivanje prečnika mlaznice bi pomoglo još više, jer gumeni ventil na izlivu može povećati rizik od prskanja. Doduše, ventili pomažu da se izbegnu kontakti, ali vas takođe teraju da izgradite određenu količinu pritiska da bi kečap počeo da teče iz boce. Cuttle preporučuje da jednostavno skinete poklopac sa boce kada je skoro prazna kao praktičan hak, istiskujući poslednje komadiće kečapa iz šireg vrata.
„To je zdrav razum, ali sada postoji rigorozan matematički okvir koji to podržava“, rekao je Katl. „A gas koji gura tečnost sa puta je nešto što se dešava u mnogim drugim kontekstima.“ To uključuje vodonosne slojeve za skladištenje zarobljenog ugljen-dioksida, određene vrste vulkanskih erupcija i ponovno naduvavanje kolabiranih pluća.
