Katuak Likidoak Al dira?

Ig Nobel saria irabazi zidan galderari erantzunez: Katuak likidoak al dira?

Egoera egokietan, katuen gorputzak likidoen antzera joka dezake. John Benson/Flickr , CC BY

Likidoa, tradizionalki, bere forma ontzi batera egokitzeko egokitzen den material gisa definitzen da. Hala ere, baldintza jakin batzuetan, badirudi katuak definizio honetara egokitzen direla.

Hemen katu batek, bere gorputza konketa baten barruan primeran sartzen den, likido baten antzera jokatzen du. William McCamment , CC BY-SA

Behaketa paradoxiko samarra hau sarean duela urte batzuk sortu zen eta gure lagun felinoak inplikatzen zituzten interneteko memeen zerrenda luzearekin bat egin zuen. Galdera hau lehen aldiz ikusi nuenean barre egin zidan, eta gero pentsatu. Birformulatzea erabaki nuen erreologiaren muinean dauden arazo batzuk ilustratzeko, materiaren deformazio eta fluxuen azterketa. Katuen erreologiari buruzko nire ikerketak 2017ko Fisikako Ig Nobel Saria irabazi zuen.

Sariak urtero ematen ditu Improbable Research, zientzia eta umorera bideratutako erakundeak. Helburua da, lehenik, jendeari barrea eragiten dioten ikerketa zientifikoak nabarmentzea, gero pentsatzea. Urtero zeremonia bat egiten da Harvard Unibertsitatean.

Zer da likido bat?

Likidoaren definizioaren erdian ekintza bat dago: material batek bere forma aldatzeko gai izan behar du ontzi batean sartzeko. Ekintzak iraupen ezaugarri bat ere izan behar du. Erreologian horri erlaxazio denbora deitzen zaio. Zerbait likidoa den zehaztea erlaxazio-denbora baino laburragoa edo luzeagoa den denbora-tarte batean behatzen denaren araberakoa da.

Katuak adibidetzat hartzen baditugu, kontua da ontzira molda dezaketela beren forma denbora nahikoa ematen badiogu. Katuak likidoak dira, beraz, likido bihurtzeko denbora ematen badiegu. Erreologian, material baten egoera ez da benetan propietate finko bat; neurtu behar dena erlaxazio denbora da. Zein da bere balioa eta zerren araberakoa da? Adibidez, katu baten erlaxazio-denbora aldatzen al da bere adinaren arabera? (Erreologian tixotropiaz hitz egiten dugu.)

Edukiontzi mota izan al daiteke faktore bat? (Erreologian hau “bustitze” arazoetan aztertzen da.) Edo aldatzen al da katuaren estres-mailaren arabera? (Esfortzuarekin batera erlaxazio-denbora areagotzen bada "zizaila loditzea" edo "zizaila loditzea"z hitz egiten da, edo "zizaidura mehetzea" kontrakoa gertatzen bada.) Jakina, estresa zentzu mekanikoan esan nahi dugu, emozionalki baino, baina bi esanahiak gainjar daitezke kasu batzuetan.

Haran batean behera doan glaziarra.

'Deborah zenbakia' eta mendien fluxua

Katuek argi erakusten dutena da material baten egoera zehazteak bi denbora-tarte alderatzea eskatzen duela: erlaxazio-denbora eta denbora esperimentala, hau da, ontziak hasitako deformazioa hasi zenetik igarotako denbora. Adibidez, katua konketa batean sartu zenetik igarotako denbora izan daiteke. Ohikoki, erlaxazio-denbora denbora esperimentalarekin zatitzen da, eta emaitza 1 baino handiagoa bada, materiala nahiko solidoa da; emaitza 1 baino txikiagoa bada, materiala nahiko likidoa da.

Honi Debora zenbakia deitzen zaio, denbora geologikoen eskaletan ("Jainkoaren aurrean") mendiak ere isurtzen zirela adierazi zuen bibliako apaizak. Denbora eskala laburragoetan glaziarrak pixkanaka haranetan behera doazela ikus daitezke.

Erlaxazio-denbora oso handia bada ere (egunak, urteak), portaera likido batena izan daiteke Deborah zenbakia txikia bada (1arekin alderatuta). Aitzitik, erlaxazio-denbora oso txikia bada ere (milisegundoak), portaera solido batena izan daiteke Deborah zenbakia handia bada (1-arekin alderatuta). Hau gertatzen da ur-puxika bat lehertzen den unean ikusten bada.

Deborah zenbakia dimentsiorik gabeko zenbakiaren adibidea da: denbora-tarte bat beste batekin zatitzen dugunez, ratioak ez du inolako unitaterik. Erreologian, eta zientzian oro har, material edo sistema baten egoera edo erregimena zehazteko erabil daitezkeen dimentsiorik gabeko zenbaki asko daude.

Ur-puxika zulatu eta berehala. Momentu honetan, urak solido baten moduan jokatzen du oso epe laburrean. Sunil Soundarapandian/Flickr , CC BY

Tarta-orearraren abiadura neurtzea

Likidoetarako bada beste dimentsiorik gabeko beste zenbaki bat, fluxua nahasia izango den, zurrunbiloekin, edo ontziaren eskema lasai-lasai jarraituko duen kalkulatzeko (fluxua laminarra dela esaten dugu).

Emaria-abiadura V bada eta edukiontziak emariarekiko perpendikularra den h tamaina tipikoa badu, orduan V/h abiadura-gradientea defini dezakegu. Abiadura-gradiente horren alderantzizkoa denbora gisa eskalatzen da.

Abiadura-gradientearen definizioa. Wikipedia, egileak emandakoa

Iraupen hau eta erlaxazio-denbora alderatuz gero , Reynolds zenbakia sortzen da inertzia nagusi den fluidoen kasuan (ura bezalakoa), edo Weissenberg zenbakia elastikotasuna nagusi den kasuan (pasta-orea bezalakoa). Dimentsiorik gabeko zenbaki hauek 1arekin alderatuta handiak badira, baliteke fluxua nahasia izatea. 1arekin alderatuta txikiak badira, litekeena da fluxua laminarra izatea.

Katuak likido bat ziren ala ez galdetzeak erreologian dimentsiorik gabeko zenbaki horien erabilera ilustratzeko aukera eman zidan. Jendeari barre egitea eta gero pentsatzea espero dut.