Può un liquido che si frattura come un solido sembrare qualcosa di impossibile? Eppure è esattamente quello che un gruppo di ricercatori della Drexel University ha osservato in laboratorio. Lo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, dimostra che sotto determinate condizioni di stress estremo, anche liquidi comuni possono spezzarsi di netto, proprio come farebbe un metallo sottoposto a trazione. Una scoperta che potrebbe cambiare radicalmente la comprensione della meccanica dei fluidi.
Il punto centrale è questo: la viscosità, cioè la resistenza di un liquido allo scorrimento, gioca un ruolo molto più importante di quanto si pensasse nel determinare il comportamento meccanico di un fluido. Non si tratta di elasticità, ma di pura resistenza viscosa. E questo apre scenari nuovi per applicazioni che vanno dall’idraulica alla stampa 3D, fino al flusso sanguigno nel corpo umano. Come ha spiegato Thamires Lima, professoressa assistente di ricerca alla Drexel, se un liquido semplice viene tirato con una forza sufficiente per unità di area, raggiunge quello che viene definito un punto di “stress critico” e si frattura. Questo, secondo la ricercatrice, vale probabilmente per tutti i liquidi semplici, acqua e olio compresi.
Una frattura inaspettata durante i test di laboratorio
La scoperta è arrivata per caso. Lima e il suo team stavano studiando due liquidi semplici in collaborazione con ExxonMobil Technology & Engineering Company, sottoponendoli a un test di reologia estensionale, che misura la forza necessaria per far scorrere un liquido. Invece di assottigliarsi gradualmente come il miele, quei liquidi dalla consistenza simile al catrame si sono spezzati di colpo. Nicolas Alvarez, professore alla College of Engineering della Drexel e responsabile del laboratorio, ha raccontato che il fenomeno era talmente inatteso da rendere necessario ripetere gli esperimenti più volte per verificarne la realtà. Una volta confermato, la ricerca ha preso una direzione completamente diversa.
Grazie a una telecamera ad alta velocità, il team ha catturato un comportamento tipico dei materiali solidi: il liquido si allungava fino a raggiungere un punto di stress critico, per poi rompersi improvvisamente in quella che viene chiamata frattura fragile. Lima ha descritto il momento come qualcosa di incredibilmente sorprendente, con un rumore secco talmente forte da farle pensare che la macchina si fosse rotta.
Il ruolo della viscosità e le implicazioni per la scienza dei fluidi
I primi liquidi a mostrare questo comportamento sono stati miscele idrocarburiche simili al catrame, che si sono fratturate a uno stress critico di 2 megaPascal. Per capire la scala, è più o meno la forza che si proverebbe se un sacco di biancheria pieno di 10 mattoni restasse impigliato su un’unghia durante la caduta. Successivamente, i ricercatori hanno testato un altro liquido semplice, un oligomero di stirene, con la stessa viscosità. Anche questo si è fratturato nelle stesse condizioni, confermando che la viscosità è il fattore chiave.
Il team ha poi modificato la temperatura per variare la viscosità. A ogni livello, esisteva una velocità di stiramento specifica che innescava la frattura, sempre legata allo stesso stress critico di 2 megaPascal. Con viscosità troppo basse, l’apparecchiatura non riusciva a stirare il liquido abbastanza velocemente da provocare la rottura.
