Do przełomu doszło podczas badań nad właściwościami lepkościowymi różnych substancji. Zespół analizował zachowanie cieczy pod wpływem rozciągania. W normalnych warunkach ciecz reaguje na taki proces stopniowym rozrzedzaniem i wydłużaniem – podobnie jak miód czy syrop. Tym razem jednak naukowcy zauważyli coś zupełnie innego. Badana substancja, przypominająca gęstą, smołowatą mieszankę, zamiast się wydłużać, w pewnym momencie gwałtownie się rozdzieliła, wydając przy tym charakterystyczny trzask.
Czytaj też: Fizycy przewieźli antymaterię ciężarówką. To pierwsze takie wydarzenie w historii
Początkowo badacze sądzili, że doszło do awarii aparatury. Dopiero powtórzenie eksperymentu potwierdziło, iż mają do czynienia z rzeczywistym, wcześniej nieopisanym zjawiskiem. W celu jego dokładniejszego zbadania wykorzystano kamery wysokiej prędkości, które ujawniły proces identyczny z pękaniem typowym dla ciał stałych. W takich materiałach, jak metal czy szkło, dochodzi do nagłego złamania po przekroczeniu określonego progu naprężenia. Okazuje się, iż podobny mechanizm może wystąpić także w cieczach.
Krytyczne naprężenie wysuwa się tutaj na pierwszy plan, ponieważ naukowcy wykazali, że kiedy ciecz zostanie rozciągnięta z odpowiednio dużą siłą na jednostkę powierzchni, osiąga punkt graniczny, w którym przestaje zachowywać się jak ciecz i zaczyna funkcjonować jak ciało stałe: po prostu pęka. W badaniach próg ten wynosił około 2 megapaskali. Co istotne, efekt ten nie był związany z elastycznością materiału, lecz z jego lepkością.
Aby upewnić się, iż to właśnie lepkość odgrywa decydującą rolę, naukowcy przeprowadzili kolejne testy na innych cieczach o podobnych właściwościach. Wyniki były zaskakująco spójne: różne substancje o tej samej lepkości pękały w bardzo podobnych warunkach. To sugeruje, że zjawisko może być uniwersalne i dotyczyć nawet tak powszechnych cieczy jak woda czy olej, o ile zostaną poddane odpowiednio dużym naprężeniom.
Czytaj też: Dyslokacje kwantowe ratunkiem dla komputerów kwantowych? Eksperci widzą szansę w defektach
Odkrycie podważa wieloletnie założenia dotyczące mechaniki płynów. Dotychczas przyjmowano, że ciecz – w przeciwieństwie do ciała stałego – nie może ulec tzw. kruchemu pęknięciu. Nowe wyniki pokazują, że granica między tymi stanami materii jest znacznie bardziej płynna, niż myśleliśmy. Potencjalne konsekwencje mogą być dotkliwe, gdyż lepsze zrozumienie zachowania cieczy w ekstremalnych warunkach może wpłynąć na rozwój technologii takich jak druk 3D, systemy hydrauliczne czy inżynieria biomedyczna.
Źródło: Physical Review Letters
