Czy coś może być jednocześnie cieczą i ciałem stałym? Tak – i możesz to zrobić w domu z mąki i wody.

Co nam będzie potrzebne?

  • 2 szklanki mąki ziemniaczanej (skrobia ziemniaczana, ok. 250 g)
  • 1 szklanka wody (ok. 125 ml)
  • głęboka miska
  • ewentualnie kilka kropel barwnika spożywczego
  • stara koszulka lub fartuch – mieszanina brudzi

Jak wykonać doświadczenie?

Wsyp mąkę ziemniaczaną do głębokiej miski. Zacznij stopniowo dodawać wodę – nie całą naraz – mieszając powoli łyżką lub ręką. Proporcja to mniej więcej 2 części skrobi na 1 część wody, ale optymalne stężenie zależy od konkretnej mąki i temperatury. Masa gotowa do eksperymentu zachowuje się podwójnie: gdy powoli przechylasz miskę, spływa jak gęsta ciecz, ale gdy uderzysz w nią ręką, zachowuje się jak twarde ciało.

Jeśli masa jest za rzadka (za bardzo “pryska” przy uderzeniu) – dodaj więcej skrobi. Jeśli za gęsta (twarda nawet przy wolnym ruchu palca) – dolej trochę wody i wymieszaj.

Gdy masz dobrą konsystencję, zacznij eksperymentować. Uderz w powierzchnię pięścią z dużą siłą – dłoń odbija się jak od kamienia i masa nie chlapie. Teraz powoli zanurz palec w tej samej masie – wchodzi bez oporu jak w zwykłą ciecz. Zanurz rękę aż po nadgarstek, a potem spróbuj ją gwałtownie wyciągnąć – wymaga to wyraźnego wysiłku. Zwolnij ruch, a ręka wychodzi bez problemu.

Jeśli chcesz dodać dramatyzmu – wlej do masy kilka kropel barwnika spożywczego i delikatnie wymieszaj (bez gwałtownych ruchów, bo masa będzie za każdym razem “twardnieć”).

Obejrzyj film

Wyjaśnienie naukowe

Zwykłe ciecze, takie jak woda czy olej, mają stałą lepkość niezależnie od siły nacisku – fizycy nazywają je cieczami newtonowskimi (od Isaaca Newtona, który jako pierwszy opisał właściwości cieczy matematycznie). Nieważne, czy poruszasz palcem powoli czy szybko – woda stawia taki sam opór na jednostkę prędkości.

Skrobia z wodą to ciecz nienewtonowska: jej lepkość zależy od siły i prędkości nacisku. Cząsteczki skrobi zawieszone w wodzie nie są ze sobą połączone – swobodnie przepływają obok siebie przy powolnych ruchach, bo mają czas na rozstąpienie. Przy gwałtownym uderzeniu cząsteczki skrobi nie mają czasu na przepłynięcie i “blokują się” mechanicznie, zachowując się jak ciało stałe. To zjawisko nosi nazwę dylatancji (z łaciny: rozszerzanie).

Fizycznie: przy silnym, nagłym nacisku cząsteczki skrobi są chwilowo upakowane tak gęsto, że między nimi nie ma miejsca na przepływ wody – masa “twardnieje” do czasu ustąpienia nacisku. Przy wolnym, delikatnym ruchu cząsteczki mają czas na rozstąpienie i przepłynięcie obok siebie – masa zachowuje się jak ciecz.

Podobne właściwości ma mokry piasek na plaży: gdy stąpasz na niego powoli, piasek ugina się i wchodzi między palce. Gdy uderzysz gwałtownie piętą, jest twardy jak beton. Ciecze nienewtonowskie o odwrotnych właściwościach (miękną pod wpływem siły) to ketchup, farba lateksowa i krew. Dlatego butelkę ketchupu trzeba potrząsać – wtedy robi się rzadszy i daje się wylać. Te ciecze nazywamy tiksotropowymi.

Warianty

Cienkościenny balon – napełnij skrobią balon i zasznuruj go. Balon zachowuje się jak twarda piłka przy uderzeniu, ale możesz go powoli ściskać i deformować dłońmi. Fascynująca zabawka sensoryczna.

Głośnik i skrobia – postaw miskę ze skrobią bezpośrednio na membranę głośnika (lub połóż na tacce na głośniku) i puść muzykę basową (niskie częstotliwości, najlepiej ok. 40–80 Hz). Na powierzchni zaczną tworzyć się “palce” i kolumny skrobi, wirujące i pulsujące w rytm muzyki. To efekt rezonansu i fal dźwiękowych działających na ciecz nienewtonowską.

Test z różnymi stężeniami – przygotuj trzy miski z różnymi proporcjami skrobi do wody (1:1, 2:1 i 3:1). Porównaj, jak każda z mieszanin reaguje na uderzenie i na powolny ruch. Zaobserwujesz, że przy niskim stężeniu efekt prawie zanika, a przy wysokim – masa jest twarda nawet przy powolnych ruchach.

Często zadawane pytania

Skąd wziąć mąkę ziemniaczaną? Mąka ziemniaczana (skrobia ziemniaczana) dostępna jest w każdym supermarkecie przy mąkach lub produktach do pieczenia. Kilo kosztuje kilka złotych. Do eksperymentu domowego wystarczy opakowanie 250–500 g. Skrobia kukurydziana (Maizena) działa równie dobrze.

Czy mogę użyć zwykłej mąki pszennej? Mąka pszenna nie tworzy cieczy nienewtonowskiej – efekt jest słaby lub żaden. Skrobia ziemniaczana działa, bo jej cząsteczki mają specyficzny kształt i rozmiar, idealny do “blokowania się” przy gwałtownym nacisku. Pszeniczna mąka ma zupełnie inną strukturę i tworzy po prostu ciasto.

Czy masa nadaje się do ponownego użycia? Tak, dopóki nie zasechnie. Przechowuj ją szczelnie przykrytą – woda paruje i masa twardnieje. Dolewaj wody, jeśli robi się za gęsta. Po kilku dniach w lodówce masa zachowuje właściwości; w temperaturze pokojowej może zacząć fermentować po 2–3 dniach – wyrzuć ją i zrób świeżą.