Коли ви думаєте, що вже зрозуміли, як працює Всесвіт, фізика знову вас дивує. Дослідники виявили, що прості рідини можуть мати точки руйнування, після яких вони раптово ламаються, як тверді тіла.

Це відкриття є значним для механіки рідин. Якщо рідини можуть ламатися, а також розтягуватися і текти, це має наслідки для всього, від технологій 3D-друку до біологічних систем в наших тілах.

Дослідження провели вчені з Університету Дрекселя в США та ExxonMobil, які проводили експерименти, щоб дізнатися, як в'язкі рідини реагують на сильні сили. Спочатку вони думали, що лабораторне обладнання зламалося.

"Руйнування викликало дуже гучний тріск, який насправді мене налякав," - говорить хімічний інженер Тамірас Ліма з Університету Дрекселя.

Команда повторила експерименти кілька разів, щоб переконатися, що результати надійні.

"Те, що ми спостерігали, було настільки несподіваним," - говорить хімічний інженер Університету Дрекселя Ніколас Альварес.

"Коли ми підтвердили це явище, дослідження стало зовсім іншим науковим підприємством."

Налаштування включало рідини, розміщені між двома металевими пластинами, які спостерігалися за допомогою високошвидкісної камери, з різними силами, що застосовувалися. Перше ламання сталося, коли рідина була витягнута з силою, порівнянною з силою мішка цегли, що висить на площі розміром з нігть.

Це сталося в рідині на основі вуглеводнів, схожій на смолу, і та ж точка руйнування була виявлена в іншій рідині, стирольному олігомері. Дослідники вважають, що в'язкість (як рідина тече) є важливою.

Напруга накопичується по-різному в більш густій, в'язкій рідині в порівнянні з рідкою, менш в'язкою. На основі цих експериментів, густі рідини можуть тріскатися навіть коли їх витягують повільніше – але кількість сили, яка потрібна, здається, залишається такою ж, незалежно від в'язкості.

Хоча було відомо, що рідини можуть тріскатися, якщо їх достатньо охолодити або змішати, щоб досягти правильних властивостей, це нове відкриття. Дослідники вважають, що це, ймовірно, стосується більшої кількості рідин, ніж ті, що були протестовані.

"Наші результати показують, що якщо рідина витягнута з достатньою силою на одиницю площі, проста рідина – рідина, яка тече – досягне того, що ми називаємо точкою 'критичного стресу', коли вона насправді трісне, як тверде тіло," - говорить Ліма.

"І це, ймовірно, вірно для всіх простих рідин, включаючи звичайні приклади, такі як вода і олія."

Однією з наступних областей для дослідження буде механіка того, чому це відбувається. Команда виявила, що тріщини в рідині формуються дуже швидко, як тільки вони починають, зі швидкістю 500–1500 метрів на секунду.

Швидкість руйнування відповідає явищу кавітації, яке теоретизувалося десятиліттями. Гіпотеза полягає в тому, що достатня напруга на рідині викликає утворення маленького вакуумного бульбашки всередині, що потім допомагає розірвати рідину.

Ці експерименти показали, що процес відбувається настільки швидко, що буде складно отримати чітке уявлення про це. Тепер, коли є тверді докази цього явища, вчені мають більше, з чим працювати.

Ще одне, що потрібно дослідити, це як ці тріщини можуть виникати в інших рідинах і поза дуже точними лабораторними умовами. Інкджетний друк та м'яка робототехніка – це два реальних застосування, згадані дослідниками, де ці результати будуть корисними.

Рідини продовжують розкривати приховані властивості та внутрішню фізику, оскільки наукові методи та дослідницькі інструменти покращуються – і, ймовірно, ще багато чого потрібно відкрити.

"Тепер, коли ми повідомили про цю несподівану поведінку, робота з повним розумінням того, чому це відбувається і як ця поведінка проявляється в інших рідинах, є важливим наступним кроком," - говорить Ліма.

"Також буде цікаво побачити, як це відкриття може бути застосоване для допомоги в прядінні волокон та інших застосуваннях, які використовують в'язкі рідини."

Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.