Play-Doh çoğunlukla un, tuz ve sudan oluşur, dolayısıyla temelde sadece (mayasız) hamurdur. Renklendiriciler, kokular, koruyucular vb. Gibi birçok ekstra bileşen vardır, ancak bunlar düşük seviyelerde bulunur ve reoloji üzerinde çok büyük bir etkisi yoktur.

Temelde budur "demenin sorunu sadece hamur , hamurun reolojisinin korkutucu derecede karmaşık olmasıdır. Basit bir un / tuz / su hamurunda, glüten gibi sulu bir polimer çözeltisinden ve katı nişasta parçacıklarından oluşan bir sıvı fazınız vardır. Yani bir hamur temelde viskoz bir sıvı içindeki katı parçacıkların bir süspansiyonudur. İşleri daha karmaşık hale getirmek için parçacıklar topaklanır, bu nedenle örneğin topaklaşmamış parçacıkların aksine bir akma gerilimi sergileyen bir malzeme elde edersiniz. oobleck.

Düşük gerilimlerde hamur bir katı gibi davranır çünkü topaklanmış parçacıklar bir iskelet gibi hareket eder. Bununla birlikte, topaklaşmış parçacıklar arasındaki bağlar zayıftır (bunlar yalnızca Van der Waals kuvvetleridir), bu nedenle orta derecede stres altında bile hamur akar ve bir sıvı gibi davranır. Hamur ve Play-Doh, en iyi şekilde Newton olmayan sıvılar olarak tanımlanır.

Aslında aklınızdaki oyuncağın ABD'de Silly Putty adıyla satılan oyuncak olduğunu tahmin edeceğim. Play-Doh, esasen heykel için bir "modelleme kili" olarak kullanılır - bu, bir "plastik" gibi davranması gerektiği anlamına gelir - akma dayanımının, bir figür haline getirilebilmesi için yeterince düşük, ancak yeterince yüksek olması gerekir. rakamlar hızla çökmez.

Aptal Macun oldukça dramatiktir (macun için) ve genellikle bir reidi göstermek için bir öğretim yardımcısı olarak kullanılır. stresin büyüklüğüne bağlı olarak geniş bir mekanik davranış aralığı sergileyen malzeme. Bir çekiçle vurulduğunda saçma sapan macun kırılır, lastik gibi zıplar, metal gibi uzar ve sıvı gibi bir delikten akabilir.

Yapısal yasa, yükün bir malzemenin gerinim ve gerinim hızıyla ilişkisini tanımlayan fenomenolojik bir yasadır. Fizikçiler, kimyagerler ve mühendisler bazen bir malzemenin deformasyonunu modellemek için doğrusal bir viskoelastik yapı yasasını benimser. İlk kurucu denklem (kurucu yasa) Robert Hooke (Hooke yasası) tarafından geliştirilmiştir. Viskoelastik kurucu yasalar, matematiksel olarak işlenmeleri nispeten kolay oldukları ve basit sezgisel analoglara sahip oldukları için yararlı olabilir: bir yay (elastik malzeme,) bir gösterge ( newton viskoz malzeme) ve sürtünmeli kayan bir blok (plastik malzeme) Bu basit analogları seri veya paralel olarak birleştirerek daha karmaşık yapısal yasalar da oluşturabilirsiniz. Örneğin, Play-doh (plastik) için kurucu yasa, sürtünmeli bir yüzey üzerinde kayan bir blokla modellenebilir - sürtünme kuvveti her aşıldığında analog blok kayar (ancak yük kaldırıldığında, yani yay yokken geri hareket etmez) Aptal macun, seri bağlanmış bir blok yaylı gösterge ile daha iyi modellenebilir. Ani bir gerilim sadece yayı hareket ettirebilir (elastik davranış), daha büyük bir gerilim bloğu (plastik) hareket ettirebilir ve uzun süre uygulanan bir gerilim, kontrol noktasını hareket ettirebilir. Herhangi bir doğrusal viskoelastik model tarafından iyi tanımlanmayan doğrusal olmayan kurucu davranışa sahip olduğu gözlemlenen malzemeler de vardır.

"Sıvı" ve "katı" kelimeleri aynı zamanda maddenin durumunu da ifade edebilir. termodinamik sistemdeki bir fazın. Fazlar, termodinamik bir sistemde iyi tanımlanır çünkü genellikle faz sınırları ve enerji geçişleriyle ayrılırlar. Maddenin durumu ve kurucu fenomenoloji aynı değildir.

Muhtemelen bir malzemeyi yapıcı davranışına göre katı veya sıvı olarak sınıflandırmamalısınız. Bu kelimeler bir termodinamik sistemin farklı aşamalarına atıfta bulunmak için daha iyi kullanılır.

Kurucu davranışı kastettiğinizde maddenin durumuna atıfta bulunmamalısınız - bunlar farklı şeylerdir. Bir gölü dolduran su sıvı haldedir, ancak aynı zamanda elastik bir malzeme görevi görür. Bir buzuldaki buz katı haldedir ancak yokuş aşağı akar.

Malzemelerin reolojisini anlamaya çalışırken, zamanın etkisini dikkate almak önemlidir.

Jeofizikçiler, 20. yüzyılda Dünya'nın kabuğunun ve mantosunun kayalarının da bir 'rheid' gibi davranır - ancak jeolojik zaman ölçeklerinde. Modern gezegen tektonofiziğinin altında yatan fiziğin ve kıtasal sürüklenme vb. Gözlemlerinin açıklanması / modellenmesi için bu gerçeğin yerbilimciler tarafından anlaşılması gerekiyordu.

Bir katının bir sıvının fiziksel özellikleri herhangi bir sınıf öğrencisi için açık olsa da, arkasındaki fizik biraz daha karmaşıktır.

Bir maddeye geleneksel olarak katı denir, eğer fark edilir şekilde olmazsa kararlı durumunda belirli bir başlangıç ​​şeklinden deforme olur (basit bir ifadeyle, yerçekimi dışında herhangi bir kuvvet olmadan "akmaz"). Öte yandan bir sıvı olacak. Tipik olarak, homojen bir katı malzeme katıdır çünkü moleküller, ona sertliğini veren moleküller arası çekimlerin (hidrojen bağı, Van der Waals kuvvetleri, vb.) Üstesinden gelmek için yetersiz termal enerjiye sahiptir. Bu enerji birçok yerden gelebilir; klasik olarak termal enerji (ısı) olarak düşünülür, böylece olayları ortam sıcaklığı ve basıncı açısından tanımlayabiliriz. Bununla birlikte, Dünya'daki deniz seviyesi dışındaki durumlarda "normal" olacak farklı sıcaklık ve basınç seviyeleri altında, ilkokulda öğretilen üç geleneksel olanın ötesinde başka madde formları ve durumları elde ederiz. Yorumcunun belirttiği gibi, buz kristal bir katıdır, ancak buzullarda olduğu gibi basınç uygulamak için yeterli kütlesi verildiğinde, yine de "akacaktır"; benzer şekilde, metaller geleneksel olarak katıdır, ancak işlenebilirlikleri, kendi ağırlığı üzerindeki yer çekimi de dahil olmak üzere, yeterli kuvvet altında şekillendirilmelerine izin verir.

Klasik katılar ve sıvılar arasında, genellikle her ikisinin de bazı özelliklerine sahip birkaç maddeye sahibiz. Ezici çoğunluk kimyasal olarak heterojendir, ancak "koloidler" veya "koloidal süspansiyonlar" olarak adlandırılan bir katı ve bir sıvının mikroskobik olarak homojen karışımlarıdır. Karışım sıvıdan daha katı ise ve tek başına yerçekimi kuvveti altında fark edilir şekilde "akmayacaksa", buna tipik olarak "jel" diyoruz. Madde katıdan daha sıvı ise ve bu şekilde davranıyorsa (koyu bir sıvı gibi), bu bir "sol" dur. Play-Doh, "jel" kategorisine oldukça giriyor; son derece "plastik" tir (esnek, kalıplanabilir, deforme olabilir) ancak çoğu durumda tek başına yerçekimi altında deforme olmaz. İstisnalar, malzeme, moleküller arası kuvvetlerin yerçekimi kuvvetine dayanacak kadar yeterli malzeme olmadığı bir şekle sahip olduğunda ortaya çıkar (örneğin, malzemenin ince bir şekli ekstrüde edildiğinde).

John'un "Newtoncu olmayan bir sıvı" önerisi zekice, ancak malzemenin fiziği aksini söylüyor. Bir akışkan, basitçe, eğer deformasyon hızı, üzerine etki eden kuvvetlerin büyüklüğü ile doğru orantılı değilse, Newtoncu değildir. Oobleck (mısır nişastası & suyu) öyle bir malzemedir çünkü kalınlaşır ve hatta sıkıştırmaya çalışmak gibi yüksek gerilimler altında katılaşır, ancak yerçekimi gibi daha düşük gerilimler altında kolayca akar. Play-Doh'un davranışı çok daha orantılıdır; sıkıldığında ve kalıplandığında deforme olur, ancak yalnızca yerçekimi altında az ya da çok olduğu yerde kalır.