Bilim insanları, katı gibi davranan sıvıların ne zaman akmaya başlayacağını sadece dinlenme halindeki özelliklerine bakarak tahmin edebileceklerini ortaya koydu.
Cam şişedeki ketçabı çıkarmaya çalışırken yaşanan o tanıdık sorun, artık bilimsel bir açıklamaya kavuştu. Ketçabın ya da benzeri yoğun sıvıların ne zaman akmaya başlayacağını tahmin etmek uzun zamandır bilim insanlarını meşgul eden bir konuydu.
Rhode Island Üniversitesinden bir araştırma ekibi, bu tür maddelerin katı halindeyken ölçülen fiziksel özelliklerinden yola çıkarak ne zaman sıvı gibi davranacaklarını önceden tahmin edebildiklerini açıkladı. Çalışma, 23 Mayıs 2025’te Physical Review Letters’da yayınlandı.
Ketçap, mayonez, puding ve diş macunu gibi maddeler ilk bakışta sıvı gibi görünse de, aslında belirli bir kuvvet uygulanmadan önce katı gibi davranan özel maddeler olarak tanımlanıyor. Bu tür maddelere “akma gerilimli sıvılar” adı veriliyor. Gündelik yaşamda sıkça karşılaştığımız bu maddeler, dışarıdan yeterli bir kuvvet geldiğinde bir anda akmaya başlıyor. Örneğin diş macunu tüpten kolayca çıkar ama fırçanın üzerinde şeklini korur; bu, onun yalnızca belirli bir kuvvetle sıvı gibi davranmasından kaynaklanır. Aynı durum 3D yazıcılarda kullanılan özel mürekkeplerden, gıda endüstrisindeki kıvamlı ürünlere kadar birçok alanda görülür.
Bilim insanları 100 yılı aşkın bir süredir bu geçişin fiziksel mekanizmasını anlamaya çalışıyor. 1914’te ilk kez tanımlanan bu davranış, o zamandan beri farklı yöntemlerle incelenmiş olsa da, bir maddenin ne zaman akmaya başlayacağını belirlemek hala zorlu bir soruydu. Bunun nedeni, “akma noktası”nın net bir şekilde tanımlanamamış olmasıydı. Aynı madde farklı deneylerde farklı sonuçlar verebiliyordu. Rhode Island Üniversitesinden Dr. Ryan Poling-Skutvik ve ekibi ise bu soruna yeni bir yaklaşım getirdi. Katı haldeki maddelerin nasıl enerji depolayıp ne kadarını kaybettiğini ölçerek, akma noktasını önceden tahmin edebileceklerini gösterdi.
Araştırmada, önce jel yapısında bir akma gerilimli sıvı kullanıldı. Bu jel, su ve alkol karışımı içinde dağılmış polimerlerden oluşuyordu. Jel, iki plaka arasında sıkıştırılarak farklı frekans ve genliklerde titreşim uygulanarak test edildi. Bu sırada maddeye uygulanan kuvvet ve onun verdiği tepki ölçülerek iki önemli veri toplandı: Maddenin ne kadar enerji depoladığı ve ne kadar enerji kaybettiği. Bu ölçümler sonucunda elde edilen “modül” verileri, maddenin katı ve sıvı özelliklerini anlamayı sağladı.
En dikkat çekici sonuçlardan biri, maddenin akmaya başlamadan önce katı halindeyken ölçülen bir özelliğin, akma geçişindeki davranışla doğrudan ilişkili olmasıydı. Yani maddenin “kayıp tanjantı” adı verilen değeri, onun hangi noktada sıvı gibi davranacağını öngörmeye yardımcı oldu. Bu değer, maddenin enerjiyi depolama ve kaybetme dengesine göre belirleniyor. Ekip, farklı maddeler üzerinde yaptığı deneylerde bu ilişkinin her seferinde geçerli olduğunu gözlemledi. Bu durum, akma geçişinin aslında evrensel bir özellik taşıyabileceğini gösterdi.
Bu sonuçları açıklamak için ekip, yakın zamanda geliştirilen “KDR modeli” adlı teorik bir çerçeveden yararlandı. Bu model, maddenin iç yapısına bağlı olarak nasıl davranacağını matematiksel olarak tanımlayabiliyor. Elde edilen veriler, bu modelle büyük oranda örtüştü. Böylece hem deneysel hem de teorik olarak akma geçişinin sadece sıvı haldeyken değil, katı haldeyken anlaşılabileceği kanıtlandı.
Phys.org haberine göre Dr. Poling-Skutvik, bu keşfin yeni malzeme tasarımlarında büyük kolaylık sağlayacağını belirtiyor. Artık bir maddenin ne zaman akacağını anlamak için karmaşık ve zaman alıcı deneyler yapmak yerine, sadece dinlenme halindeyken yapılan ölçümler yeterli olabilir. Bu gelişme, gıda teknolojisinden ilaç üretimine, kozmetik ürünlerden endüstriyel üretime kadar birçok alanda pratik uygulamalar sunabilir. Görünüşe göre ketçabın şişeden ne zaman akacağı artık daha az bir sürpriz, daha çok bir bilimsel hesaplama olacak.
Kaynak: Physical Review Letters
