توصل باحثون من Drexel University إلى اكتشاف مفاجئ، حيث تبين أن بعض السوائل يمكن أن تنكسر فجأة مثل المواد الصلبة عند تعريضها لقوة شد كبيرة.

ونُشرت نتائج الدراسة في مجلة Physical Review Letters، مما يسلط الضوء على ظاهرة قد تغيّر فهم العلماء لسلوك السوائل.

ماذا يعني أن "ينكسر" السائل؟

في الظروف الطبيعية، تتميز السوائل بأنها:

تتدفق بسهولة

تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه

لا تنكسر مثل المواد الصلبة

لكن في هذه التجربة، لاحظ العلماء أنه عند شد سائل لزج بقوة كافية، يصل إلى ما يُعرف بـنقطة الإجهاد الحرج، وعندها ينفصل فجأة بدل أن يستمر في التمدد.

كيف تم اكتشاف الظاهرة؟

حدث الاكتشاف بالصدفة أثناء دراسة خصائص سوائل هيدروكربونية تشبه القطران:

كان الهدف قياس قوة شد السائل

بدل أن يتمدد تدريجيا (مثل العسل)، انقطع فجأة

تم تكرار التجربة عدة مرات للتأكد من النتيجة

وباستخدام كاميرات عالية السرعة، وثّق العلماء هذا السلوك الذي يشبه ما يحدث في المواد الصلبة عند الكسر.

دور اللزوجة في هذه الظاهرة

أظهرت النتائج أن العامل الأساسي وراء هذا السلوك هو اللزوجة (مقاومة السائل للتدفق).

أبرز النتائج:

السوائل ذات اللزوجة العالية أكثر عرضة للانكسار

يحدث الكسر عند مستوى إجهاد يقارب 2 ميغاباسكال

تكررت الظاهرة في سوائل مختلفة لها نفس اللزوجة

وهذا يشير إلى أن الظاهرة قد تكون عامة وتشمل أنواعا عديدة من السوائل.

هل يمكن أن تنكسر جميع السوائل؟

تشير الدراسة إلى أن هذا السلوك قد ينطبق على العديد من السوائل البسيطة، مثل:

الماء

الزيوت

لكن بشرط تعريضها لقوة شد كافية وسرعة مناسبة، وهو أمر يصعب تحقيقه عمليا في بعض الحالات.

تحدٍ للمفاهيم التقليدية

حتى الآن، كان يُعتقد أن:

الكسر يحدث فقط في المواد الصلبة

السوائل لا تخزن الإجهاد بل تتدفق

لكن هذا الاكتشاف يثبت أن السوائل قد تتصرف كمواد صلبة في ظروف معينة، ما يغيّر أساسيات علم ديناميكا السوائل.

ما السبب المحتمل لهذه الظاهرة؟

يرجح العلماء أن السبب قد يكون مرتبطا بظاهرة تُعرف باسم التكهف (Cavitation)، حيث:

تتشكل فقاعات صغيرة داخل السائل

تنهار بسرعة

تُحدث صدمات تؤدي إلى الانفصال المفاجئ

لكن لا يزال هذا التفسير قيد الدراسة.

تطبيقات مستقبلية محتملة

قد يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام تطبيقات جديدة في عدة مجالات، مثل:

الطباعة ثلاثية الأبعاد

الأنظمة الهيدروليكية

الصناعات الكيميائية

فهم تدفق الدم في الجسم

كما قد يساعد في تحسين التحكم في السوائل اللزجة في العمليات الصناعية.

يُظهر هذا الاكتشاف أن السوائل ليست دائما كما نعتقد، وأنها قد تتصرف كمواد صلبة في ظروف معينة.

ومع استمرار الأبحاث، قد يؤدي هذا الفهم الجديد إلى تطوير تقنيات مبتكرة وتغيير جذري في علم الفيزياء.