Độ nhớt của các chất lỏng phi Newton như oobleck, kem đánh răng, cao su, silicon không phải là hằng số và có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau, dưới tác động của một hay nhiều yếu tố như lực, thời gian hay nhiệt độ. Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường, có thể từ lỏng hóa rắn, từ rắn hóa lỏng hoặc dầy và xốp lên. Không phải loại hạt nào cũng có thể tạo được hỗn hợp phi Newton, chỉ có thể tạo ra thứ chất lỏng hóa rắn nhờ trộn đều chúng với các hạt có kích thước tối thiểu 1 micron hay 0,0001 cm.

Oobleck là một hỗn hợp nước và bột bắp khuấy đều. Bình thường, Oobleck ở trạng thái như thạch, nhưng khi chịu lực ép mạnh, hỗn hợp này sẽ quánh lại như chất rắn. Tên gọi “Oobleck” ra đời từ tác phẩm “Bartholomew và Oobleck” (1949) của Dr. Seuss, kể về một chất dính màu xanh lá có tính chất tương tự.

Thử dùng ngón tay ấn mạnh lên trên Oobleck, bề mặt tại đó sẽ rắn lại. Nhưng từ từ nhúng cả bàn tay vào Oobleck, bàn tay sẽ lún xuống dễ dàng. Nếu đột ngột rút tay ra khỏi Oobleck một lần nữa, nó lại hóa rắn và thậm chí bạn có thể rút ra cả khối Oobleck lên cùng lúc. Có thể dùng tay để bốc Oobleck lên, nhưng khi lỏng tay, nó sẽ tan chảy ngay.

Rắn lại khi chịu lực tác động và hóa lỏng khi lực không còn, đó cách khiến ta có thể chạy thật nhanh trên bề mặt Oobleck mà không bị chìm xuống. Với hỗn hợp Oobleck, “đi trên mặt nước” không còn là chuyện thần kỳ.

Bí mật của Oobleck

Vậy, điều gì khiến Oobleck có thể biến đổi từ rắn sang lỏng và ngược lại? Đó là do sự tương tác giữa các hạt thành phần và kích thước hạt.

Sự tương tác giữa các hạt: khi chịu tác động của lực, khoảng cách giữa các hạt bột bắp trong hỗn hợp thay đổi. Tại vị trí chịu lực, các hạt chụm lại, tạo thành cụm có hình dạng như tinh thể. Đây là nguyên nhân khiến Oobleck rắn lại.

Tác động một lực lên Oobleck, cũng tương tự như cách ta băng qua một đám đông. Các hạt trong chất lỏng giống như người đi đường. Nếu cứ cắm cúi đi thẳng một mạch, ta sẽ đâm sầm ngay vào ai đó và buộc phải dừng lại mà không đi được xa. Nhưng nếu bước từ từ, sẽ dễ tìm ra cách để len lỏi qua dòng người.

Kích thước hạt: không phải loại hạt nào cũng tạo được Oobleck. Kích thước hạt thích hợp để tạo hỗn hợp Oobleck từ 10-7 đến 10-4 cm.

Như vậy Oobleck là chất rắn? Hay chất lỏng?

Người ta định nghĩa, chất lỏng là những chất chảy được và có hình dạng của vật chứa nó. Còn chất rắn là chất có hình dạng xác định và có thể đàn hồi.

Hãy quan sát Oobleck: nếu bạn cuộn Oobleck trên tay, rõ ràng nó là một quả bóng rắn, nhưng chỉ cần đặt lên mặt phẳng, ngay lập tức Oobleck tan lỏng ra. Liệu có loại vật chất nào vừa rắn lại vừa lỏng?

Đáp án ở đây là hỗn hợp: bột bắp + nước = Oobleck.

Oobleck còn được biết chính là một “chất lỏng phi Newton”, nghĩa là chất lỏng có độ nhớt không tuân theo định luật Newton.

Chất lỏng phi Newton

Chất lỏng phi Newton không phải vật chất gì xa lạ, trái lại, rất gần gũi với chúng ta và dễ bắt gặp hàng ngày. Kem đánh răng, sơn, gel tạo kiểu tóc, cao su, một số loại plastic dẻo, silicone… chính là những chất lỏng phi Newton!

Hầu hết chất lỏng mà ta biết là chất lỏng Newton (nước, rượu,...) vì tuân theo định luật ma sát trong của Newton. Theo Newton, “độ nhớt” là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng chảy. Ví dụ: quan sát hiện tượng gió thổi trên mặt nước. Gió tác động lên mặt nước một lực nhất định và làm bề mặt nước chuyển động với vật tốc v. Dưới tác động của độ nhớt (lực ma sát giữa các lớp của chất lỏng), lớp nước liền kề bên dưới sẽ bị kéo theo chuyển động của lớp nước phía trên. Trong chất lỏng Newton, độ nhớt là một hằng số đối với lực tác động, chỉ thay đổi nếu có thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, nước đông đá khi lạnh và tan chảy khi nóng, nhưng nếu lắc chai đựng nước (dùng lực) thì độ nhớt của nước không đổi hay dòng nước vẫn tiếp tục chảy bình thường bất kể lực tác động lên nó. Trong khi đó, độ nhớt của chất lỏng phi Newton không phải là hằng số, có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau dưới tác động của một hay nhiều yếu tố: lực, thời gian, nhiệt độ... Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường: lỏng hóa rắn, rắn hóa lỏng, dầy và xốp lên... VD: Oobleck rắn lại khi chịu lực. Có nhiều loại chất lỏng phi Newton khác nhau, nhưng đều có đặc điểm chung là hỗn hợp các hạt lơ lửng trong môi trường lỏng. Chất lỏng phi Newton thường gặp ở dạng nhũ tương (hỗp hợp hai chất lỏng không hòa tan được với nhau) như sốt mayonnaise là hỗn hợp trứng và dầu; hoặc dạng huyền phù (các hạt rắn trong một chất lỏng) như Oobleck.