चर्चा में क्यों?
भौतिक विज्ञानियों ने हाल ही में जांच की है कि कॉर्नस्टार्च (cornstarch) और पानी का मिश्रण, जिसका उपयोग अक्सर विज्ञान के प्रदर्शनों (science demonstrations) में किया जाता है, बहुत उच्च गति (high speeds) पर टकराने पर कैसे व्यवहार करता है। इस आम धारणा के विपरीत कि मिश्रण प्रभाव (impact) पर तुरंत जम (solidifies) जाता है, अध्ययन से पता चलता है कि अत्यधिक वेग (extreme velocities) पर यह कड़ा (stiff) होने से पहले शुरू में एक तरल की तरह बहता है।
पृष्ठभूमि
कॉर्नस्टार्च मक्का के दानों (maize kernels) के एंडोस्पर्म (endosperm) से निकाला गया एक महीन कार्बोहाइड्रेट पाउडर है। इसका व्यापक रूप से सूप और सॉस में एक गाढ़ा करने वाले एजेंट (thickening agent), बेकिंग पाउडर के एक घटक, और चिपकने वाले (adhesives), फार्मास्यूटिकल्स और बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक में कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है। जब लगभग समान अनुपात में पानी के साथ मिलाया जाता है, तो यह एक शियर-थिकनिंग द्रव (shear-thickening fluid) बनाता है जिसे बच्चों में "ओबलक" (oobleck) के रूप में जाना जाता है, जो कोमल गतियों के तहत बहता है लेकिन अचानक बल का विरोध करता है।
नए अध्ययन में क्या पाया गया
- तीन प्रभाव व्यवस्थाएं (Three impact regimes): 0.2 से 10 मीटर प्रति सेकंड की गति पर कॉर्नस्टार्च सस्पेंशन (cornstarch suspensions) पर तरल बूंदों (liquid droplets) को गिराने वाले प्रयोगों में तीन व्यवहार सामने आए। कम गति पर, बूंद एक सामान्य तरल की तरह फैलती है। मध्यम गति पर, शियर थिकनिंग के कारण सस्पेंशन कड़ा हो जाता है और पीछे हट (recoils) जाता है। बहुत उच्च गति पर, जमने से पहले एक मिलीसेकंड के एक अंश (fraction of a millisecond) के लिए सतह तरल की तरह व्यवहार करती है।
- अस्थायी द्रव परत (Transient fluid layer): शोधकर्ताओं ने पाया कि उच्च गति पर स्पष्ट द्रवीकरण (liquefaction) इसलिए उत्पन्न होता है क्योंकि टकराने वाली बूंद और थोक द्रव (bulk fluid) के बीच एक पतली स्नेहन परत (lubrication layer) बन जाती है, जिससे कणों के जाम होने और तरल के कड़ा होने से पहले बूंद को फिसलने (slide) की अनुमति मिलती है।
- एकीकृत मॉडल (Unified model): प्रायोगिक डेटा और सिद्धांत के संयोजन से, टीम ने प्रभाव वेग (impact velocity), कण एकाग्रता (particle concentration) और द्रव श्यानता (fluid viscosity) के आधार पर तरल-जैसे और ठोस-जैसे व्यवहार के बीच संक्रमण (transition) की भविष्यवाणी करने वाला एक मॉडल विकसित किया।
महत्व
- सामग्री डिजाइन (Materials design): शियर-थिकनिंग तरल पदार्थों की जटिल गतिशीलता को समझना सुरक्षात्मक गियर (protective gear), बॉडी आर्मर (body armour) और प्रभाव-प्रतिरोधी कोटिंग्स (impact-resistant coatings) के विकास को सूचित कर सकता है जो सामान्य परिस्थितियों में लचीले (flexible) रहते हैं लेकिन प्रभाव पर कठोर (harden) हो जाते हैं।
- औद्योगिक अनुप्रयोग (Industrial applications): अध्ययन से प्राप्त अंतर्दृष्टि (Insights) खाद्य, फार्मास्यूटिकल्स और सिरेमिक (ceramics) जैसे उद्योगों में स्लरी (slurries) और सस्पेंशन के प्रसंस्करण (processing) में सुधार कर सकती है जहां प्रवाह गुणों (flow properties) को नियंत्रित करना आवश्यक है।
- शैक्षिक मूल्य (Educational value): परिणाम एक लोकप्रिय कक्षा प्रयोग (classroom experiment) की हमारी समझ को परिष्कृत (refine) करते हैं और प्रदर्शित करते हैं कि सरल मिश्रण (simple mixtures) भी अपनी सीमा तक धकेले जाने पर समृद्ध भौतिकी (rich physics) प्रदर्शित कर सकते हैं।
निष्कर्ष
परिचित कॉर्नस्टार्च सस्पेंशन दिखने में अधिक जटिल (complex) निकला है। अत्यधिक प्रभाव वेगों पर, यह तेजी से लॉक होने से पहले कुछ समय के लिए तरल की तरह बहता है। इस तरह के निष्कर्ष हमें याद दिलाते हैं कि रोजमर्रा की सामग्री (everyday materials) जब अपनी सीमा तक धकेली जाती हैं तो उनमें आश्चर्यजनक व्यवहार हो सकता है।
स्रोत: द हिंदू (The Hindu)