Știați că mersul pe apă este posibil? Explicațiile unui profesor de la Politehnica ieșeană

Prin anii ’80 am văzut la televiziunea din Moldova de peste Prut un film rusesc, o comedioară cam infantilă, în care, la un moment dat, unul dintre personaje traversează o apă călcând pe o conductă metalică ce se afla la câțiva centimetri sub luciul apei, totul pe un fond sonor de muzică religioasă. Alți doi eroi ai filmului cad în genunchi în fața „minunii” și își scot șepcile proletare pe care le strâng la piept, în semn de mare smerenie. După câțiva ani, filmul este difuzat de Televiziunea Română, însă, stupoare, fără secvența, destul de reușită, a mersului pe apă. Cu alte cuvinte, ajunseserăm noi să cenzurăm pe marele vecin de la Răsărit, pentru propagandă religioasă, ca o expresie a vremurilor anacronice pe care le trăiam atunci.

Dar, lăsând deoparte miracolul biblic cu toată semnificația sa spirituală, mersul pe apă este posibil datorită unor lichide numite nenewtoniene dilatante. De multe ori, în diverse clipuri dedicate …magiei fizicii și chimiei, apar persoane care lovesc lichide care se întăresc instantaneu. Astfel, se poate vedea cum, dacă lovești cu pumnul un lichid aparent inofensiv, acesta devine rigid, iar același lichid devine foarte permisiv la pătrunderea lentă a mâinii pe direcție verticală.

De fapt, este vorba de două tipuri de lichide care există în natură: lichide newtoniene și lichide nenewtoniene. Această clasificare este făcută, în esență, după cum fluidele își modifică vâscozitatea. Vâscozitatea este proprietatea unui fluid de a se opune mișcării relative a particulelor constituente. Astfel, apa are o vâscozitate scăzută, iar uleiul de floarea soarelui sau de măsline, nu contează, are o vâscozitate ridicată. Pe scurt, lichidele newtoniene, cum este apa, nu își modifică vâscozitatea sub presiune, pe când lichidele nenewtoniene, precum ketchupul, topping-ul de caramel sau răşina naturală, devin mai vâscoase sub presiune. Lucrurile sunt departe de a fi foarte simple, la studiul acestor fluide operându-se cu un aparat matematic complicat, precum și cu un număr ridicat de cuvinte ciudate, spunându-se că, de exemplu, …vopselele sunt de obicei lichide tixotropice, iar frișca este un lichid reopatic. În fine!

Comportamentul nenewtonian îl poate simți orice persoană care atinge cu palma întreagă o suprafață umedă de mortar, întâmpinând o rezistență aparent inexplicabilă, în condițiile în care un deget poate fi introdus ușor în amestecul de apă și nisip.

Tot secretul constă în suprafața și viteza de aplicare a unei forțe exterioare. Atunci când se aplică o tensiune mare pe o suspensie de granule într-un lichid, lichidul fuge dintre granule, acestea se lipesc unele de altele, fapt care produce forțe de frecare între granule care conduc la o rezistență neașteptată la penetrare.

Lichidele nenewtoniene sunt cele care nu respectă legea lui Newton asupra vâscozității. Newton ne spune că lichidele au o tensiune tangențială care depinde liniar de viteza de deformare a lichidului. Tensiunea tangențială este rezistența care apare pe direcția perpendiculară de aplicare a unei solicitări externe. Această solicitare externă se numește forță tăietoare sau de forfecare și are tendința de a separa, de a fragmenta material. La lichidele nenewtoniene distribuția tensiunilor tangențiale nu mai este liniară, ci curbilinie.

Un astfel de fluid nenewtonian poate fi foarte ușor preparat în bucătărie, din apă și amidon, este de preferat în absența ochiului vigilent al soției. Apoi se pot face diverse experimente, lovind suprafața lichidului cu forță, cu palma sau cu pumnul, și se poate constata astfel modificarea de vâscozitate a amestecului preparat. După ce se face curat în bucătărie în urma acestor experimente de dinamică a fluidelor, se poate aprofunda teoria în baza căreia lichidele nenewtoniene se opun unei forțe aplicate perpendicular pe suprafața lichidului. De fapt, acestea nu sunt niște lichide oarecare, ci, conform literaturii de specialitate, …comportarea dilatantă este frecvent întâlnită la suspensii cum ar fi: pasta de amidon, mortar, suspensie de cuarț etc. Reynolds (Osborne Reynolds, 1842-1912, profesor la Universitatea din Manchester) a explicat această comportare a suspensiilor concentrate pe baza variației porozității acestora. La viteze de forfecare mici porozitatea este mică, dar pe măsură ce crește viteza de forfecare și porozitatea crește, spațiul intergranular nou format nu se mai umple cu lichid, se mărește numărul punctelor de contact direct între particulele solide, ceea ce determină creșterea forțelor de frecare internă și deci a vâscozității aparente.

Astfel, s-ar putea spune că ar fi posibil mersul pe ape a oamenilor de rând, cu condiția să fie o apă plină de amidon, iar cel care vrea să facă aceste experiment trebuie să fie suficient de antrenat încât să țopăie cu o frecvență ridicată pentru a evita scufundarea!

Prof. univ. dr. ing. Neculai Eugen Seghedin este cadru didactic și prorector la Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași

Publicitate și alte recomandări video