Chất lỏng gãy như chất rắn

Nghiên cứu tại Đại học Drexel (Mỹ), công bố trên Physical Review Letters, cho thấy chất lỏng nhớt có thể bị nứt gãy khi chịu lực kéo mạnh. Hiện tượng này liên quan đến độ nhớt – khả năng chống chảy của chất lỏng – và có thể giúp kiểm soát chất lỏng trong các công nghệ như thủy lực, in 3D hay thậm chí hệ tuần hoàn máu.

Tiến sĩ Thamires Lima cho biết:
“Nếu kéo căng đủ mạnh, chất lỏng đơn giản như nước hay dầu sẽ đạt đến điểm ‘ứng suất tới hạn’ và gãy như chất rắn. Điều này thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về động lực học chất lỏng.”

Thí nghiệm bất ngờ

Trong một thử nghiệm đo lực kéo giãn chất lỏng, nhóm nghiên cứu nhận thấy thay vì mỏng dần như mật ong, các chất lỏng dạng nhựa đường lại gãy vụn đột ngột. Hiện tượng này đi kèm âm thanh “rắc” lớn, giống như khi vật rắn bị nứt.

Hình ảnh tốc độ cao cho thấy quá trình giống gãy giòn ở chất rắn – điều chưa từng được quan sát ở chất lỏng đơn giản.

Vai trò của độ nhớt và ứng suất tới hạn

Các chất lỏng đầu tiên được thử nghiệm gãy ở mức ứng suất tới hạn 2 megaPascal. Khi thử với chất lỏng khác có cùng độ nhớt, kết quả vẫn giống nhau, chứng minh độ nhớt là yếu tố quyết định.

Nhóm nghiên cứu cũng thay đổi nhiệt độ để điều chỉnh độ nhớt và nhận thấy ở mỗi mức đều tồn tại tốc độ kéo nhất định khiến chất lỏng gãy, luôn gắn với ngưỡng 2 MPa.

Ý nghĩa và ứng dụng

Trước đây, hiện tượng gãy chỉ được cho là đặc trưng của vật liệu đàn hồi hoặc chất lỏng polymer (như slime). Phát hiện này chứng minh rằng ngay cả chất lỏng đơn giản cũng có thể gãy khi đạt ứng suất tới hạn.

Điều này mở ra nhiều ứng dụng:

• Thủy lực và in 3D: kiểm soát chất lỏng chính xác hơn.
• Y học: hiểu rõ hơn về dòng chảy máu và hiện tượng tạo bọt khí (cavitation).
• Vật liệu mới: hỗ trợ công nghệ kéo sợi và chế tạo vật liệu nhớt.

Tiến sĩ Lima kết luận:
“Chúng tôi đã mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới. Bước tiếp theo là tìm hiểu sâu hơn nguyên nhân và cách ứng dụng hiện tượng này trong thực tế.”