వార్తల్లో ఎందుకు నిలిచింది?
సైన్స్ ప్రదర్శనలలో (science demonstrations) సాధారణంగా ఉపయోగించే కార్న్స్టార్చ్ (cornstarch) మరియు నీటి మిశ్రమం అత్యంత వేగంతో (high speeds) తాకినప్పుడు ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఇటీవల అధ్యయనం చేశారు. ఇంపాక్ట్ (impact) మీద మిశ్రమం తక్షణమే ఘనీభవిస్తుందనే (solidifies) సాధారణ నమ్మకానికి విరుద్ధంగా, అత్యంత వేగంలో (extreme velocities) అది గట్టిపడక (stiff) ముందు ద్రవంలాగా ప్రవహిస్తుందని అధ్యయనం చూపిస్తుంది.
నేపథ్యం
కార్న్స్టార్చ్ అనేది మొక్కజొన్న కెర్నల్స్ (maize kernels) యొక్క ఎండోస్పెర్మ్ (endosperm) నుండి సేకరించిన చక్కటి కార్బోహైడ్రేట్ పౌడర్. ఇది విస్తృతంగా సూప్లు మరియు సాస్లలో గట్టిపడే ఏజెంట్గా (thickening agent), బేకింగ్ పౌడర్లలో ఒక మూలవస్తువుగా, అంటుకునే పదార్థాలు (adhesives), ఫార్మాస్యూటికల్స్ (pharmaceuticals) మరియు బయోడిగ్రేడబుల్ ప్లాస్టిక్స్లో (biodegradable plastics) ముడి పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది. దాదాపు సమాన నిష్పత్తిలో నీటితో కలిపినప్పుడు, అది షీర్-థికనింగ్ ద్రవంగా (shear-thickening fluid) మారుతుంది. పిల్లల్లో "ఊబ్లెక్" (oobleck) అని పిలువబడే ఇది నెమ్మదిగా కదిపినప్పుడు ప్రవహిస్తుంది కానీ ఆకస్మిక ఒత్తిడిని నిరోధిస్తుంది.
కొత్త అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు
- మూడు ఇంపాక్ట్ నియమాలు (Three impact regimes): సెకనుకు 0.2 నుండి 10 మీటర్ల వేగంతో కార్న్స్టార్చ్ సస్పెన్షన్స్లోకి (cornstarch suspensions) ద్రవ బిందువులను (liquid droplets) పడేసే ప్రయోగాలు మూడు ప్రవర్తనలను వెల్లడించాయి. తక్కువ వేగం వద్ద, చుక్క సాధారణ ద్రవంలా వ్యాపిస్తుంది. మధ్యస్థ వేగం వద్ద, షీర్ థికనింగ్ (shear thickening) కారణంగా సస్పెన్షన్ గట్టిపడుతుంది మరియు వెనుకకు వస్తుంది (recoils). అత్యంత వేగం వద్ద, ఉపరితలం గట్టిపడటానికి ముందు ఒక మిల్లీసెకనులో కొంత భాగానికి (fraction of a millisecond) ద్రవం వలె పనిచేస్తుంది.
- తాత్కాలిక ద్రవ పొర (Transient fluid layer): పరిశోధకులు తాకిన చుక్క మరియు బల్క్ ద్రవానికి (bulk fluid) మధ్య పలుచని లూబ్రికేషన్ పొర (lubrication layer) ఏర్పడినందున అధిక వేగంతో కనిపించే ద్రవీకరణ (liquefaction) ఉత్పన్నమవుతుందని కనుగొన్నారు. ఇది కణాలు జామ్ అవ్వడానికి మరియు ద్రవం గట్టిపడటానికి ముందు చుక్క స్లైడ్ (slide) అవ్వడానికి అనుమతిస్తుంది.
- ఏకీకృత మోడల్ (Unified model): ప్రయోగాత్మక డేటా (experimental data) మరియు సిద్ధాంతాన్ని కలపడం ద్వారా, బృందం ఇంపాక్ట్ వెలాసిటీ (impact velocity), పార్టికల్ ఏకాగ్రత (particle concentration) మరియు ఫ్లూయిడ్ స్నిగ్ధత (fluid viscosity) ఆధారంగా ద్రవం-వంటి నుండి ఘన-వంటి ప్రవర్తనకు మారడాన్ని (transition) అంచనా వేయగల మోడల్ను అభివృద్ధి చేసింది.
ప్రాముఖ్యత
- మెటీరియల్స్ డిజైన్ (Materials design): షీర్-థికనింగ్ (shear-thickening) ద్రవాల యొక్క సంక్లిష్ట డైనమిక్స్ను అర్థం చేసుకోవడం వలన సాధారణ పరిస్థితులలో ఫ్లెక్సిబుల్గా (flexible) ఉండే మరియు ప్రభావంపై గట్టిపడే (harden) రక్షణ గేర్ (protective gear), బాడీ ఆర్మర్ (body armour) మరియు ఇంపాక్ట్-రెసిస్టెంట్ పూతలను (impact-resistant coatings) అభివృద్ధి చేయడంలో సహాయపడుతుంది.
- పారిశ్రామిక అనువర్తనాలు (Industrial applications): ఈ అధ్యయనం నుండి పొందిన అంతర్దృష్టులు, ప్రవాహ లక్షణాలను (flow properties) నియంత్రించడం అవసరమైన ఆహారం, ఫార్మాస్యూటికల్స్ మరియు సిరామిక్స్ (ceramics) వంటి పరిశ్రమలలో స్లర్రీలు (slurries) మరియు సస్పెన్షన్ల (suspensions) ప్రాసెసింగ్ను మెరుగుపరుస్తాయి.
- విద్యాపరమైన విలువ (Educational value): క్లాస్రూమ్ ప్రయోగం (classroom experiment) గురించి మా అవగాహనను ఫలితాలు మెరుగుపరుస్తాయి (refine), సాధారణ మిశ్రమాలు (simple mixtures) కూడా వాటి పరిమితులకు నెట్టబడినప్పుడు గొప్ప భౌతిక శాస్త్రాన్ని (rich physics) ప్రదర్శించగలవని నిరూపిస్తుంది.
ముగింపు
సుపరిచితమైన కార్న్స్టార్చ్ సస్పెన్షన్ (cornstarch suspension) కనిపించే దానికంటే క్లిష్టమైనది (complex). విపరీతమైన ఇంపాక్ట్ వేగంతో (extreme impact velocities), ఇది త్వరగా లాక్ అవ్వడానికి ముందు క్లుప్తంగా ద్రవంలా ప్రవహిస్తుంది. రోజువారీ పదార్థాలు (everyday materials) వాటి పరిమితులకు నెట్టబడినప్పుడు ఆశ్చర్యకరమైన ప్రవర్తనను కలిగి ఉంటాయని ఇటువంటి ఆవిష్కరణలు మనకు గుర్తు చేస్తాయి.
మూలం: ది హిందూ (The Hindu)