תכונה מפתיעה של סליים – טיפוס מעלה על מקל מסתובב
בניסוי הנוכחי נראה תכונה מפתיעה ומעניינת של סליים, שמאפשרת לו לטפס מעלה.
ציוד
- דבק פלסטי
- בורַאקס (אפשר לקנות בחנויות יצירה, צעצועים וחומרי בניין)
- מים
- 2 כוסות
- כף וכפית
- קערה
- עפרון
- לקישוט הסליים – נצנצים, צבע מאכל וכל קישוט קטן ויפה, כיד הדימיון
הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:
התנהגות לא נורמלית
התופעה המפתיעה של סליים המטפס על עפרון מסתובב היא חלק ממכלול של תופעות מעניינות שהסליים מציג משום שהוא נוזל 'לא ניוטוני'.
נוזל (כן) ניוטוני מאוד מפורסם הוא מים. בשפה לא מדעית אפשר להגדיר נוזל לא-ניוטוני כנוזל שמתנהג באופן "לא נורמלי", "לא רגיל", לא כמו מים. אבל צריך לזכור שבהתנהגות של חומרים אין באמת נורמלי – כולם מתנהגים לפי חוקי הטבע. פשוט בגלל שמים הם הנוזל הנפוץ בעולם כל נוזל שמתנהג אחרת מהם נראה לנו לא רגיל.
התכונה הפיזיקלית הבולטת ביותר של נוזלים לא ניוטוניים היא שהצמיגות שלהם איננה קבועה – אלא יכולה להשתנות: נוזל לא ניוטוני יכול להיות דליל מאוד (כמו מים) או סמיך מאוד (כמו דבש, ואפילו יותר) כתלות בכוחות שמפעילים עליו – יש סוגים שונים של נוזלים שהופכים סמיכים מאוד או דלילים מאוד כאשר מפעילים עליהם כוח - למשל לוחצים עליהם - תלוי בסוג הנוזל. השינוי בסמיכות מוביל לשלל התנהגויות מוזרות אחרות.
בניסוי קודם הראינו תכונה מעניינת של נוזל לא-ניוטוני אחר – עמילן המומס במים, שמתנהג ממש כחומר שהוא גם מוצק וגם נוזל. כאשר מפעילים כוח על תמיסת עמילן, הצמיגות שלה משתנה באופן קיצוני עד שהיא הופכת ממש מוצקה, ולכן כאשר מכים על תמיסה של עמילן היא בן-רגע מתקשחת.
אפקט וייסנברג
בניסוי הנוכחי רואים הדגמה של אפקט וייסנברג (Weissenberg) – שקרוי על שם קרל וייסנברג, המדען שגילה אותו בשנת 1947. וייסנברג שם לב שכאשר מכניסים מוט לתוך סוג מסוים של נוזל לא ניוטוני, ומסובבים את המוט, הנוזל נוטה לנוע לעבר המוט, להיצמד אליו ולטפס עליו כלפי מעלה. זאת התנהגות 'לא נורמלית' – אם חושבים על מים (אפשר גם לנסות): בגלל שעל המים פועלים כוח המשיכה שמושך אותם כלפי מטה, וגם כוח צנטריפוגלי – כוח שפועל על כל גוף שנמצא בסיבוב ו'דוחף' אותו החוצה – הרחק מהמרכז (חשבו על נסיעה במכונית שפונה ימינה במהירות – מרגישים כאילו נדחפים שמאלה), מים דווקא יידחו הרחק ממוט מסתובב ובטח שלא יטפסו עליו כלפי מעלה.
אפשר לנסות להסביר את האפקט באמצעות ההבנה המולקולרית – כלומר ההבנה ממה באמת בנוי סליים ברמת החלקיקים הקטנים הבונים אותו. כפי שהסברנו בניסוי הקודם, המבנה הכימי של סליים הוא למעשה של שרשראות ענק, המכונות פולימרים, המגיעות מהדבק, ומחוברות יחד בקשר רופף באמצעות הבוראקס שמוסיפים, כאשר הכל מומס בתוך מים.
תיאור מכני (למעלה) ותיאור כימי (למטה) של סליים – שרשראות ארוכות המחוברות ביניהם באמצעות יוני בורארט
כאשר מתחילים לסובב את העיפרון, השרשראות הקרובות אל העיפרון מתחילות להיכרך סביבו. כיוון שהן מחוברות אלו לאלו בגלל הבוראקס, כל אחת שנכרכת מושכת את חברתה הקרובה אליה – כאילו היו מעין סליל חוטים הנכרך סביב העיפרון. זה גורם להתקשות חלקית (שינוי צמיגות) והפעלת כוח מהסליים אל עבר העיפרון. הכוח הזה הוא שדוחף סליים הנמצא בקרבת העיפרון – ו'דוחק' אותו מעלה תוך כדי הסיבוב - כפי שהדגמתי עם אצבעות הידיים שמתהדקות על העיפרון בסרטון.
הגובה הסופי שהסליים יגיע אליו תלוי במהירות הסיבוב – ככל שתסובבו יותר מהר הסליים יטפס גבוה יותר, כי יספיק לפעול נגד כוח המשיכה שמושך אותו מטה - וגם תלוי במידת הסמיכות הראשונית של הסליים. אפשר לנסות סליימים בסמיכות שונה ולראות מי מטפס יותר טוב.
