قطرة من خليط كثيف من نشا الذرة والماء تسقط على طاولة. عادةً، يتصلب هذا الخليط فوراً عند الاصطدام العنيف — بل يمكن حتى الجري فوقه إذا ملأت به حوض سباحة. لكن في هذه التجربة، سار كل شيء بشكل مختلف. التقطت كاميرا عالية السرعة: في اللحظة الأولى بعد التلامس، تنساب القطرة كسائل عادي. وفقط بعد ذلك، عندما تنخفض سرعة الاصطدام، تتصلب فجأة وتتصرف كجسم صلب.
هذا الترتيب — سائل أولاً، ثم صلب — كان مفاجئاً. عادةً، في مثل هذه الخلائط، الأمر معكوس: كلما كان الاصطدام أقوى، كان التصلب أسرع. هنا، عند أعلى السرعات، ينسى الخليط للحظة طبيعته غير العادية ويتدفق مثل الماء مع النشا. فقط عندما تتباطأ الحركة، يتذكر أنه يعرف كيف يتصلب، وتتجمع القطرة في كتلة.
هذه النتيجة تساعد على فهم أفضل لسلوك السوائل المعقدة التي تغير خصائصها اعتماداً على مدى سرعة ضغطها. تُستخدم هذه الخلائط في الدروع الواقية، وسوائل الفرامل، وحتى في الطهي. الآن يعرف العلماء أنه عند الأحمال العنيفة جداً، قد تتصرف هذه المواد بشكل مختلف عما توقعته النماذج القديمة. وهذا مهم لمن يصممون معدات الحماية أو العمليات الصناعية التي تتعرض فيها هذه السوائل لصدمات سريعة.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2601.12642
Combining high-speed photography with direct force measurements, we investigate the impact dynamics of drops of cornstarch-water mixtures -- a premier example of shear-thickening fluids -- across a wide range of impact conditions. Our study identifies three distinct impact regimes. In addition to the liquid-like and solid-like behaviors generally expected for the impact-induced response of shear-thickening fluids, we uncover a counterintuitive regime in which high-concentration cornstarch-water mixtures display a liquid-like response at the onset of impact when shear rates are high and only transition to a solid-like behavior at later times as shear rates reduce. By integrating the classic drop-impact theory with the Reynolds-Darcy mechanism for dilatancy, we develop a unified model that quantitatively describes the impact dynamics of shear-thickening drops across all regimes. Our work reveals the unexpected response of shear-thickening fluids to ultra-fast deformation and advances fundamental understanding of drop impact for complex fluids.
إذا غمست إصبعك ببطء في خليط النشا والماء، فسيدخل بسهولة كما لو كان في شراب كثيف. لكن إذا ضربت السطح بقبضة يدك، فسيتصلب الخليط فوراً ولن يسمح ليدك بالمرور.