Капля густой смеси кукурузного крахмала с водой падает на стол. Обычно такая смесь при резком ударе мгновенно твердеет — по ней можно даже бегать, если наполнить ею бассейн. Но в этом опыте всё пошло иначе. Высокоскоростная камера зафиксировала: в первый миг после касания капля расплывается, как обычная жидкость. И только потом, когда скорость удара падает, она вдруг схватывается и ведёт себя как твёрдое тело.
Такой порядок — сначала жидкость, потом твёрдое — стал неожиданностью. Обычно у подобных смесей всё наоборот: чем сильнее удар, тем быстрее они твердеют. Здесь же при самых высоких скоростях смесь на мгновение «забывает» о своей необычной природе и течёт, как вода с крахмалом. Лишь когда движение замедляется, она вспоминает, что умеет твердеть, и капля собирается в комок.
Этот результат помогает лучше понимать поведение сложных жидкостей, которые меняют свои свойства в зависимости от того, как быстро их сжимают. Такие смеси используют в бронежилетах, в тормозных жидкостях и даже в кулинарии. Теперь учёные знают, что при очень резких нагрузках эти материалы могут вести себя не так, как предсказывали старые модели. И это важно для тех, кто проектирует защитное снаряжение или промышленные процессы, где такие жидкости испытывают быстрые удары.
как её написали авторы, на английском 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.
Если медленно опустить палец в смесь крахмала с водой, он легко войдёт, как в густой сироп. Но если ударить по поверхности кулаком, смесь мгновенно станет твёрдой и не даст руке пройти.