Een slurrie van maizena en water is veel vreemder dan de som der delen. Beweeg het langzaam en het stroomt als een vloeistof; raak het of laat het snel zien, en het vergrendelt als een solide.
De goo is zo raar dat het Seussiaanse roem (en een naam) verwierf in "Bartholomew and the Oobleck", waarin de substantie bijna het lot van het koninkrijk van Didd bezegelde.
Naast sprookjes is oobleck een hoofdbestanddeel van wetenschapslaboratoria en kleuterklassen. Nu hebben onderzoekers het eerste 3D-computermodel gemaakt dat het schijnbaar mysterieuze gedrag van de stof kan voorspellen, waardoor mogelijk deuren worden geopend voor veel serieuzer gebruik van oobleck. (Of dit model het Koninkrijk van Didd zou hebben gered of niet, we zullen het nooit weten.)
"Er kunnen manieren zijn om dit materiaal te gebruiken op manieren waar we nog niet over nagedacht hebben, waar je het kunt ontwerpen om onder zeer, zeer specifieke omstandigheden om te zetten in solid-like gedrag", zegt studieleider Ken Kamrin, werktuigbouwkundig ingenieur bij de Massachusetts Institute of Technology. Een voorbeeld, vertelde Kamrin aan WordsSideKick.com, zou beschermende kleding kunnen zijn die flexibel kan bewegen en stromen, tenzij deze hard wordt geraakt, in welk geval het zou verstijven en als een schild zou werken.
Ongewone vloeistof
Oobleck is een niet-Newtoniaanse vloeistof, een term voor vloeistoffen die onder stress van viscositeit veranderen (hoe gemakkelijk ze stromen). Als je je vingers langzaam door maizena en water haalt, werkt het als een vloeistof, maar oefent snelle kracht uit, en het stolt, buigt en zelfs scheurt.
'Het is echt als een vloeistof als je het langzaam beweegt, maar het doet alles wat je van een vaste stof verwacht als je er snel mee speelt', zei Kamrin.
Na het zien van een wetenschappelijk gesprek over de eigenschappen van oobleck, lanceerden Kamrin en zijn collega's een "zeer gezond" intern debat over hoe maizena en water zouden kunnen verschillen van andere natte, korrelige materialen. De wetenschapper en zijn team richten zich doorgaans op de stroming van zand, grind en andere industriële materialen. Maar maizena is anders, zei hij, vooral omdat de deeltjes zo klein zijn. Maïzena-deeltjes zijn een micron tot 10 micron groot, kleiner dan de diameter van een mensenhaar.
Bij deze grootte zijn deeltjes gevoelig voor de kleinste thermische en elektrische krachten, zei Kamrin. Dientengevolge stoten maïzena-deeltjes in water elkaar eigenlijk enigszins af, gescheiden door krachten die te zwak zijn om iets zo groot als een zandkorrel te beïnvloeden. Deze afstotende kracht helpt de slurry te laten stromen, omdat de deeltjes tussen die tijd de voorkeur geven aan een laag vloeistof. Maar wanneer ze samen worden geperst, neemt de wrijving het over en bewegen de deeltjes als een vaste stof.
Een model maken
Kamrin en zijn team zijn begonnen met een computermodel van nat zand dat ze al hadden ontwikkeld, waarbij ze aanpassingen maakten om nat maizena beter na te bootsen. Het belangrijkste was dat ze een extra variabele toevoegden om te voorspellen hoeveel korrels maizena elkaar in een bepaald gebied van de vloeistof raken. Deze variabele, die Kamrin voor de grap 'klonterigheid' noemt, stelt het model in staat te bepalen hoe vast of vloeibaar de oobleck zal zijn.
Het model, dat op 27 september in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences is geschetst, kan worden gebruikt om de reactie van oobleck op verschillende krachten te simuleren, zoals tussen twee platen worden geperst of met een projectiel worden geraakt. De onderzoekers testten het model ook met een virtueel "wiel" door het over een tank met oobleck te laten lopen, en ontdekten dat hoe sneller het wiel reed, hoe steviger het oppervlak van de oobleck was.
Dat experiment weerspiegelt een mogelijk gebruik van oobleck als tijdelijke vulling voor kuilen, zei Kamrin. Op een weg met een snelheidslimiet die hoog genoeg is, kan een zak met oobleck (of oobleck-achtig materiaal) in een kuil worden gedumpt, vervormend om de leegte te vullen en over te schakelen naar een vaste stof wanneer deze wordt overreden door autowielen.
Naarmate materiaalwetenschappers meer geïnteresseerd raken in de vreemde eigenschappen van oobleck, kan het nieuwe model nuttig zijn voor het virtueel testen van toepassingen, zei Kamrin.
'Je kunt in feite proberen om op de computer te ontwerpen met behulp van het model', zei hij, 'en als je eenmaal denkt dat je het juiste protocol hebt, kun je iets maken.'
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
