Misurazione fai-da-te. Uno studente ha scattato una sola foto (a sinistra) di una sospensione di carbopol in acqua raccolta con una piccola spatola. La fisica di questa sostanza in gel scorrevole, simile al gel per capelli, è stata modellata matematicamente per stimare lo stress di snervamento. Credito:M. Tanver Hossain e Randy H. Ewoldt
Sebbene la pandemia di COVID-19 abbia causato molte interruzioni nel sistema educativo, ha anche portato alcuni benefici sorprendenti.
In Fisica dei fluidi , gli scienziati dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign descrivono il loro lavoro con gli studenti su uno studio a domicilio sul comportamento dei fluidi complessi. Il corso copre un tipo di fisica noto come reologia, che viene utilizzato per studiare il modo in cui fluiscono liquidi non newtoniani o sostanze semisolide.
I fluidi newtoniani hanno una viscosità costante, ma i fluidi non newtoniani possono deformarsi quando viene applicata la forza. A volte, rispondono con un flusso di plastica. Semplici misurazioni reometriche possono essere eseguite a casa di chiunque per misurare quantità come viscoelasticità, assottigliamento al taglio e altre proprietà reologiche.
"Inizialmente abbiamo chiamato il progetto Shelter-in-Place Rheometry a causa della natura acuta della pandemia di COVID-19 e delle regole del rifugio sul posto", ha affermato Randy Ewoldt, il professore coinvolto nello sviluppo del corso. "Ma ci siamo resi conto che l'idea è più generale e da allora abbiamo iniziato a chiamarla reometria fai-da-te."
I progetti assegnati agli studenti si componevano di due parti:la raccolta di prove visive qualitative delle proprietà reologiche e l'esecuzione di misurazioni quantitative. Gli studenti hanno verificato quattro comportamenti:viscosità di diradamento al taglio, viscoelasticità, differenza di sollecitazione normale di taglio e viscosità estensiva.
Anche senza l'accesso ai reometri di laboratorio, gli studenti hanno sviluppato modi creativi e unici per eseguire le misurazioni. Hanno studiato una varietà di sostanze comuni, tra cui glassa di crema al burro, dentifricio, yogurt, burro di arachidi, maionese, albumi e molte altre sostanze disponibili nelle loro case.
Uno studente, Ignasius Anugraha, ha sviluppato un'analisi del flusso di compressione della compressione per studiare la glassa al burro. Anugraha ha posizionato la glassa tra due dischi di cartone e l'ha sottoposta a una forza impilando degli stampini pieni d'acqua sopra i dischi.
La glassa è stata in grado di sostenere il peso dell'acqua fino al raggiungimento di un valore critico, a quel punto la glassa è crollata da un lato e si è schiacciata. Utilizzando equazioni che coinvolgono il peso dell'acqua, Anugraha è stata in grado di misurare una quantità nota come stress di snervamento.
Un altro studente, Max Friestad, ha ideato un esperimento per studiare un comportamento noto come allungamento del filamento guidato dalla gravità. Friestad ha sospeso un tubetto di dentifricio verticalmente e lo ha strizzato delicatamente, espellendo una cucchiaiata di dentifricio che si è allungato lentamente, allungandosi verso il basso. Utilizzando un cellulare con una fotocamera frame rate ad alta velocità, Friestad è stato in grado di effettuare misurazioni e calcolare la viscosità estensiva.
Il corso ha avuto un tale successo che la facoltà continua ad offrirlo, sia di persona che online.
"Stiamo attualmente lavorando a una revisione dei metodi che riteniamo saranno utili non solo per i corsi e l'istruzione, ma anche per la ricerca e la comunicazione tecnica", ha affermato M. Tanver Hossain.
L'articolo "Reometria fai-da-te" è scritto da M. Tanver Hossain e Randy H. Ewoldt. L'articolo apparirà in Fisica dei fluidi il 10 maggio 2022. + Esplora ulteriormente
