Voor onderhoudende experimenten heb je niet per se een groot laboratorium nodig. Met maizena en een beetje water kan je de grens tussen vast en vloeibaar opzoeken.
Wanneer is iets een vaste stof en wanneer is het een vloeistof? Een beetje een stomme vraag misschien, maar het antwoord is lastiger dan het op het eerste gezicht lijkt. Het onderscheid tussen verschillende aggregatietoestanden (zie ook aflevering 1: geïoniseerd gas uit de magnetron) kun je onverantwoord simpel samenvatten: als je erop kunt lopen, heb je een vaste stof, als je erin kunt zwemmen, is het een vloeistof en als je het kunt inademen is het een gas.
De praktijk zit iets lastiger in elkaar – dat zit ‘ie altijd. Dan blijken er stoffen te zijn die zich letterlijk minder makkelijk in een hokje laten drukken. Zogeheten non-newtonian fluids, mengsels van vloeistof en vaste stof die onder bepaalde omstandigheden vloeibaar zijn en onder andere condities vaste en solide lijken. Om zelf zo’n non-newtonian fluid te maken heb je niet meer nodig dan maïzena of aardappelzetmeel en water.
Neem drie delen maïzena en meng die zorgvuldig met twee tot drie delen water. Als het goed is, wordt het na verloop van tijd steeds moeilijker om het mengsel te roeren. Zodra je kracht zet, lijkt zich een muurvullerachtige stof te vormen. Laat je het mengsel vervolgens met rust dan vloeit het vanzelf weer uit tot een glad papje. Die truc kun je eindeloos blijven herhalen. Zodra je druk op het mengsel uitoefent, lijkt het een vaste stof te worden; in rust wordt het na verloop van tijd vanzelf weer vloeibaar.
Met een flinke kom met het mengsel, heb je meer dan genoeg voor een middag kliederplezier. Neem een flinke hand vol van het drabje en kneed er een balletje van. Je kunt ook een schoteltje vullen en dat op een flinke luidsprekerbox leggen. Zet een cd’tje op (liefst iets lawaaierigs als bijvoorbeeld Rage against the machine) en zie hoe de non-newtonian fluid zich gedraagt. Als het goed is werken zich uit het mengsel slierten en klontjes omhoog die met een beetje fantasie doen denken aan tekenfilmpoppetjes. Als er niets gebeurt, kun je met een rietje in het bakje blazen, als het goed is zou het mengsel dan alsnog moeten gaan bewegen.
Het zetmeelprutje is een eenvoudig voorbeeld van een materiaal waarvan de eigenschappen zich aanpassen aan omgevingsfactoren. Dergelijke ‘slimme’ materialen, ook wel shear thickening fluids (STF), zijn bijvoorbeeld te gebruiken in pantsers en in kogel- en scherfwerende vesten. Het Britse leger begon vorig najaar een proef met dergelijk liquid armour. Gelukkig zijn er ook minder bellicose toepassingen denkbaar. Je zou STF kunnen verwerken in skiuitrusting en voetbalsokken. Of je zou er vederlichte fietshelmen mee kunnen produceren.
Het is trouwens vrij eenvoudig om de zetmeelproef op te schalen. Daarbij worden de mogelijkheden vooral beperkt door je eigen fantasie; aardappel- en maïszetmeel zijn voor relatief weinig geld in bulkhoeveelheden te koop, iedere waterdichte bak is bruikbaar. Een goed mengsel kan het gewicht van een volwassen mens dragen en een cementtobbe of een kinderzwembadje met non-newtonian fluid lijkt een goede manier om feesten en partijen op te luisteren.
Groter kan ook. Op YouTube kun je een filmpje bekijken van een ratelbandachtige happening waar mensen een langwerpige bak met vloeistof rennend oversteken. Eén kanttekening: neem een bassin dat niet al te diep is. Het is lastig zwemmen in een vloeistof die hard wordt zodra je druk uitoefent. Als je een zwembad vult met zetmeelprut is de kans aanwezig dat je niet meer van de bodem komt.
Vergeet niet de feestgangers uit te leggen wat de theorie achter de non-newtonian fluid is. Spektakel is er om begrepen te worden; daarvoor dient de wetenschap. Wow… Aha.
Auteur: Ernst Arbouw
