Oobleck: Sıvı mı Yoksa Katı mı?

Bataklıklardan çıkmanın neden zor olduğunu hiç düşündünüz mü? Bataklıkların içinde hareket etmek zordur. İçinde hareket ettikçe daha çok batarsınız. Dolayısıyla ne sıvı ne de katı oldukları söylenebilir.

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde, nişasta ve su kullanarak hazırladığımız oobleck ile üzerine kuvvet uygulandığında akışkanlığı değişen yani bazen sıvı bazen de katı gibi davranan maddelerin özelliklerini inceliyoruz.

Bilmekte Fayda Var?

Viskozite akışkanların akmaya karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Hareket yasaları ile bildiğimiz Isaac Newton akışkanların viskozitesinin sıcaklığa bağlı olarak değiştiğini gözlemlemişti. Viskozitesi sadece sıcaklıkla değişen akışkanlar Newton tipi akışkan olarak isimlendiriliyor. Ancak bazı akışkanların viskozitesini başka faktörler (örneğin çalkalama, üzerine uygulanan kuvvet) etkileyebiliyor. Bu tür akışkanlar ise Newton tipi olmayan akışkanlar olarak isimlendirilir.

Örneğin balın viskozitesi sudan yüksektir. Bu nedenle sudan daha yavaş akar. Viskozite ve yoğunluk kavramları birbiriyle karıştırılabilir. Ancak viskozite akışkanların akmaya karşı gösterdiği direnç, yoğunluk ise bir maddenin birim hacminin kütlesidir. Örneğin kremanın viskozitesi sütten yüksektir, yani sütten daha yavaş akar. Ancak yoğunluğu sütten düşüktür.

Newton tipi olmayan akışkanların bazıları üzerine bir kuvvet uygulandığında örneğin çalkalandıklarında viskoziteleri azalır yani akışkanlıkları artar. Ketçabın zor dökülmesinin nedeni bu durumdur. Newton tipi olmayan akışkanların bazılarının viskozitesiyse üzerlerine kuvvet uygulandığında artar. Oobleck bu tür bir akışkandır.

Oobleck ismi ABD’li çocuk kitabı yazarı Theodor Seuss Geise’in Bartholomew and the Oobleck isimli kitabında oobleck adını verdiği yapışkan, yeşil bir maddeden geliyor. Oobleck nişasta ile suyun karıştırılmasıyla elde edilir. Bir katı ile sıvının karışımı olan oobleck çok sık karşılaşmadığımız bir özelliğe sahiptir. Parmağınızı oobleck karışımına yavaşça bastırırsanız parmağınız yavaşça karışımın içine girer. Karışıma yumruğunuzla hızlı ve kuvvetli bir şekilde vurduğunuzda ise elinizi katı bir yüzeye çarpmış gibi hissedersiniz.

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde kendi oobleck karışımımızı hazırlayıp Newton tipi olmayan akışkanların bu sıradışı özelliğinin nedenini anlamaya çalışıyoruz.

Nelere İhtiyacımız Var?

• 200 gram mısır nişastası
• Gıda boyası
• Plastik ya da cam kap
• 1 su bardağı su

 

Ne Yapıyoruz?

Bir kaba mısır nişastasını koyalım ve hamur kıvamı elde edinceye kadar üzerine azar azar su ilave ederek karıştıralım.

 

Karışımın içine birkaç damla gıda boyası damlatalım.

 

Karışımı yumuşak bir kıvam alıncaya kadar karıştıralım.

 

Oobleck karışımımız hazır.

 

Avucumuza karışımdan bir miktar alalım ve sıkalım. Avucumuzu serbest bıraktığımızda neler oldu?

 

Yumruğumuzla hızlı bir şekilde karışıma vuralım? Ne hissettik?

 

Ne Oldu?

Oobleck karışımından bir miktar alıp avucumuzda sıktığımızda başlangıçta katı bir top gibi olduğunu hissederiz. Sıkmayı bıraktığımızda ise top sanki eriyormuş gibi parmaklarımızın arasından akar. Karışıma yumruğumuzla vurduğumuzda ise sanki katı bir yüzeye çarptığımızı hissederiz.

 

Oobleck katı haldeki nişasta parçacıklarının suyun içinde asılı halde olduğu bir karışımdır. Bu tür karışımlar kolloit olarak isimlendirilir. Örneği süt bir kolloittir.

 

Oobleck karışımındaki nişasta su moleküllerine göre büyük, uzun zincirli moleküllerdir. Bu nedenle su molekülleri nişasta molekülleri arasından geçerek hareket edebilir. Oobleck karışımının normalde akışkan olmasının nedeni bu durumdur. Karışımın üzerine bir kuvvet uygulandığında ise su molekülleri nişasta parçacıkları arasından çıkar ve nişasta molekülleri bir arada kümelenir. Bu durum karışımın üzerine kuvvet uygulandığında oobleck’in katı gibi davranmasına neden olur. Dolayısıyla oobleck’in viskozitesi üzerine kuvvet uygulandığında değişir.

Bu olayı kalabalık bir kaldırımda yürüyeme benzetebiliriz. Kalabalık kaldırımda hareket etmenin en kolay yolu yavaşça yürümektir. Böylece insanlar arasındaki boşlukları kullanarak ilerleyebiliriz. Koşarak kalabalığa dalarsak bir insana çarpar ve fazla ilerleyemeden dururuz.

Newton tipi olmayan akışkanlar günlük hayatta birçok alanda -örneğin petrol ya da doğal gaz kuyusu açmak için yeraltına sondaj yapılırken sondaj sıvısı olarak, otomobillerde hareketin tekerleklere aktarılmasını sağlayan sistemlerde- kullanılır.

Kaynaklar:

• https://sciencenter.org/documents/oo.pdf
• https://www.scientificamerican.com/article/oobleck-bring-science-home/
• https://news.cornell.edu/stories/2015/11/secret-oobleck-revealed-last
• http://scifun.chem.wisc.edu/homeexpts/lumpyliquids.htm
• https://www.acs.org/content/acs/en/education/resources/highschool/chemmatters/past-issues/2016-2017/february-2017/no-hit-wonder-d3o.html