Sıvılar kırılabiliyormuş: Ama nasıl?

ABD’li araştırmacılar, basit sıvıların da belirli bir kritik gerilim noktasında katılar gibi çatlayıp kırılabildiğini ortaya koydu. Fizik dünyasında şaşkınlık yaratan bu bulgu, 3 boyutlu baskıdan yumuşak robotik sistemlere kadar birçok alanda yeni hesapları beraberinde getirebilir.

Evrenin ve maddenin nasıl davrandığına dair bildiklerimiz bir kez daha sarsıldı. ABD’li araştırmacılar, basit sıvıların da belirli bir eşik aşıldığında katılar gibi aniden çatlayıp kırılabildiğini ortaya koydu. Bu bulgu, sıvıların yalnızca akıp şekil değiştiren maddeler olmadığını; uygun koşullarda beklenmedik biçimde “kopabildiğini” göstererek fizik dünyasında dikkat çekti.

Araştırmacılar bu sonuca, yoğun ve yapışkan sıvıların güçlü çekme kuvvetleri altında nasıl davrandığını incelerken ulaştı. İlk anda laboratuvar düzeneğinin bozulduğunu düşünen ekip, duydukları yüksek kopma sesiyle şaşkına döndü. Ancak deneyler tekrarlandığında, ortada hata değil yeni bir fiziksel davranış olduğu anlaşıldı. Yapılan gözlemlerde, sıvının belirli bir kritik gerilime ulaştığında akmaya devam etmek yerine katı bir madde gibi çatlayarak ayrıldığı görüldü.

KATI GİBİ DAVRANDILAR

Deney düzeneğinde sıvılar iki metal plaka arasına yerleştirildi ve yüksek hızlı kameralarla izlendi. Ardından sıvılara farklı şiddetlerde çekme kuvveti uygulandı. İlk kırılma, tıpkı katranı andıran yoğun bir hidrokarbon karışımında ortaya çıktı. Daha sonra benzer sonuç başka bir yoğun sıvıda da görüldü.
Araştırmacılara göre burada belirleyici unsurlardan biri viskozite, yani sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç. Daha yoğun ve ağır akan sıvılarda gerilim farklı biçimde birikiyor. Bu da belirli bir noktadan sonra sıvının esnemek yerine çatlamasına yol açabiliyor. İlginç olan ise, sıvı ne kadar yoğun olursa olsun kopmayı başlatan kritik kuvvetin benzer düzeyde görünmesi.

SANİYELERDEN DE HIZLI

Araştırma ekibi, çatlakların oluştuktan sonra olağanüstü bir hızla yayıldığını belirledi. Ölçümlere göre bu kırılmalar saniyede 500 ila 1500 metre hızla ilerliyor. Bu da sürecin, fizik dünyasında uzun süredir tartışılan “kavitasyon” olgusuyla bağlantılı olabileceğini düşündürüyor.

Bu teoriye göre sıvı yeterince zorlandığında içinde çok küçük bir boşluk ya da vakum kabarcığı oluşuyor. Ardından bu kabarcık sıvının iç yapısını zayıflatıyor ve kopma sürecini tetikliyor. Araştırmacılar, olayın bu kadar hızlı yaşanmasının ayrıntıları doğrudan gözlemlemeyi zorlaştırdığını, ancak artık ellerinde somut kanıt bulunduğunu söylüyor.

TEKNOLOJİYİ DE ETKİLEYEBİLİR

Bu keşif yalnızca temel fizik açısından önemli değil. Çünkü sıvıların kırılma davranışını anlamak, 3 boyutlu baskı sistemlerinden mürekkep püskürtmeli yazıcılara, yumuşak robotik teknolojilerden lif üretimine kadar birçok alanda yeni hesaplar yapılmasını gerektirebilir. Hatta araştırmacılar, bu bilginin biyolojik sistemleri anlamada bile işe yarayabileceğini düşünüyor.

Bilim insanlarına göre şimdi asıl soru, bu davranışın başka hangi sıvılarda ortaya çıktığı ve günlük hayattaki koşullarda nasıl devreye girdiği. Bugüne kadar daha çok akış ve esneme üzerinden tanımlanan sıvılar, görünen o ki hâlâ bütün sırlarını vermiş değil. Bu yeni bulgu da, su ve yağ gibi en sıradan gördüğümüz maddelerin bile hâlâ bizi şaşırtabilecek gizli özellikler taşıdığını gösteriyor.