Учёные растянули жидкость, и она треснула как твёрдое тело

Исследователи из Университета Дрекселя совершили неожиданное открытие, показав, что простые жидкости при определённых условиях могут вести себя как твёрдые тела и растрескиваться. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что вязкие жидкости могут резко разрываться при растяжении с достаточной силой.

Это открытие предполагает, что вязкость играет гораздо большую роль в механическом поведении жидкости, чем считалось ранее. Оно открывает новые возможности для управления жидкостями в таких областях, как гидравлика, 3D-печать и даже изучение кровотока в организме.

«Наши выводы показывают, что если растягивать простую жидкость с достаточной силой на единицу площади, она достигнет точки «критического напряжения» и фактически треснет, как твёрдое тело. И это, вероятно, верно для всех простых жидкостей, включая воду и масло», — сказала ведущий исследователь Тамирес Лима.

Открытие было сделано случайно во время испытаний на растяжение вязких, похожих на дёготь, углеводородных жидкостей. Вместо того чтобы плавно растягиваться, они внезапно разрывались с громким щелчком, что зафиксировала высокоскоростная камера. Такое поведение, известное как хрупкое разрушение, ранее наблюдалось только у твёрдых материалов.

Первые жидкости, проявившие это свойство, разрушались при критическом напряжении в 2 мегапаскаля. Последующие эксперименты с другой простой жидкостью — олигомером стирола — показали аналогичный результат, указывая на ключевую роль вязкости. Изменяя температуру и, следовательно, вязкость, учёные каждый раз находили скорость растяжения, приводящую к разрушению при том же критическом напряжении.

Это открытие бросает вызов устоявшимся представлениям, согласно которым разрушение — это свойство упругих материалов. Простые жидкости, как правило, не накапливают напряжение, а текут. Наблюдение разрушения в жидкостях, полностью находящихся в жидком состоянии, показывает, что этот феномен не ограничен упругими материалами.

Учёные предполагают, что причиной может быть кавитация — быстрое образование и схлопывание пузырьков пара внутри жидкости. Команда планирует продолжить исследования, чтобы понять механизм явления и его распространённость. Это открытие может найти применение в таких процессах, как формование волокон и других технологиях, использующих вязкие жидкости.