Według organizacji TSA masło orzechowe jest płynem - a fizyka dowodzi, że mają rację

LAURIPATTERSON / GETTY IMAGES

Przepisy Administracji Bezpieczeństwa Transportu (TSA) są wpojone każdemu pasażerowi często podróżującemu samolotem: Można przewozić płyny o objętości mniejszej niż 3,4 uncji (100 mililitrów) każdy.

Ale kiedy TSA niedawno skonfiskowała słoik Jif zgodnie z tą zasadą, miłośnicy masła orzechowego podnieśli broń. Niektórzy sceptycy bezpieczeństwa mogą podejrzewać, że głodni funkcjonariusze chcieli po prostu zrobić własne kanapki PB&J (z masłem orzechowym i dżemem). Jednak według TSA masło orzechowe jest płynem - a pełnowymiarowy słoik Jif przekracza limit 3,4 uncji (100 mililitrów).

Tak jak w przypadku ulubionego przez Amerykanów składnika kanapek na bazie roślin strączkowych, historia - i oburzenie, jakie wywołała - zaczęły się rozprzestrzeniać. Niemniej jednak, jestem inżynierem mechanikiem, który bada przepływ płynów, a działania TSA miały dla mnie sens. Z naukowego punktu widzenia masło orzechowe rzeczywiście jest cieczą.

Najpierw rozważmy płyny

Aby zdefiniować ciecz, musimy najpierw zdefiniować płyn. Płynem jest każdy materiał, który przepływa w sposób ciągły po przyłożeniu siły ścinającej. Pomyśl o sile ścinającej jako o działaniu przecinającym substancję, które powoduje jej ciągły przepływ. Przykładowo, poruszenie ręką powoduje, że otaczające powietrze zmienia kształt - lub odkształca się, posługując się terminologią fizyki - i odpływa z drogi. Podobnie dzieje się z wodą, gdy ramię wykonuje ruch pływacki.

Jest wiele rodzajów płynów. Część z nich zachowuje się bardzo przewidywalnie i porusza się płynnie, tak jak powietrze czy woda. Nazywane są one płynami newtonowskimi, od nazwiska Sir Isaaca Newtona. Według naukowców płyn newtonowski to taki, w którym siła ścinająca zmienia się wprost proporcjonalnie do naprężenia, jakie wywiera na materiał, znanego jako naprężenie ścinające. W przypadku cieczy newtonowskiej opór przepływu cieczy - czyli jej lepkość - pozostaje stały w danej temperaturze.

Pozostałe rodzaje płynów nie poruszają się tak płynnie i łatwo. W przypadku niektórych z nich, takich jak masło orzechowe, do uzyskania płynności może być potrzebna nawet minimalna siła ścinająca lub tnąca, która może zmieniać się nieliniowo wraz z naprężeniem ścinającym. Wystarczy wyobrazić sobie mieszanie słoika z masłem orzechowym. Jeśli mieszasz naprawdę szybko, przy większej wartości siły przecinającej, masło staje się rzadsze, podczas gdy jeśli mieszasz powoli, pozostaje ono sztywne. Tego typu płyny nazywane są płynami nienewtonowskimi. Masło orzechowe może się bardziej kleić niż płynąć - można uznać, że jest to ruch w stylu „chunky”.

W rzeczywistości jednak masło orzechowe jest doskonałym przykładem płynu nienewtonowskiego, ponieważ nie płynie tak łatwo jak powietrze lub woda, ale będzie płynąć, jeśli zostanie przyłożona wystarczająca siła, na przykład gdy nóż rozprowadzi je na chlebie. Szybkość płynięcia zależy również od temperatury - być może doświadczyłeś kapania masła orzechowego po posmarowaniu nim ciepłego tosta.

Dziwaczne płyny otaczają nas wszędzie

Nasze codzienne życie - z wyjątkiem bagażu podręcznego w samolocie - jest wypełnione substancjami, które są niespodziewanymi cieczami. Generalnie, jeśli coś może płynąć, to jest płynem. Ostatecznie przyjmie ona kształt swojego pojemnika.

Niektórymi zaskakującymi płynami są kuchenni sąsiedzi masła orzechowego, tacy jak bita śmietana, majonez i ciasto na ciasteczka. Jeszcze inne można znaleźć w łazience, na przykład pastę do zębów. Świat przyrody jest domem dla innych dziwnych płynów, takich jak lawa, osuwiska błotne, lawiny i ruchome piaski.

Żwir można uznać za płynny. Pojedyncze cząstki są ciałami stałymi, ale zbiór cząstek żwiru można wylać i wypełnić pojemnik - jest to tak zwany płyn ziarnisty, ponieważ ma właściwości płynne. Ten sam proces można przeprowadzić w przypadku płatków śniadaniowych wysypywanych z pudełka lub cukru wsypywanego do miski.

Przepływ ruchu odbywa się na ruchliwej autostradzie, a ludzie wypływają z zatłoczonego obiektu sportowego.

Za płyn można nawet uznać leżącego na słońcu kota, który spłaszczył się i wypełnił swoją przypominającą pojemnik skórę. Senne, zrelaksowane psy, wiewiórki, a nawet rozbudzone dzieci mogą spełniać definicję płynu.

Płyny są tylko jednym z wielu rodzajów substancji płynnych

Teraz możesz się sprzeciwić: Ale przecież TSA nie nazwała masła orzechowego płynem, tylko cieczą!

Płyny dzielą się na dwie ogólne kategorie: gazy i ciecze. Zarówno gazy, jak i ciecze mogą być odkształcane i wlewane do pojemników i przyjmują ich kształt. Jednak gazy mogą być ściskane, podczas gdy ciecze nie, a przynajmniej nie tak łatwo.

Można wlać masło orzechowe do pojemnika, a następnie odkształci się ono lub przyjmie kształt tego opakowania. I każdy pięciolatek wie, że masła orzechowego nie da się skompresować. Jeśli zgniotą razem swoje krakersy PB&J lub masło orzechowe, wówczas nie zmniejszy ono swojej objętości. Przeciwnie - wypływa z boków na dłonie.

Zatem werdykt w sprawie masła orzechowego: pyszny płyn.

Jeżeli planujesz zrobić kanapkę PB&J w trakcie lotu, licz się z tym, że zabierzesz ze sobą mniej niż 3,4 uncji (100 mililitrów) płynnego masła arachidowego. Dotyczy to również jego płynnej kuzynki, galaretki.

Ted Heindel to profesor nauk termicznych w Bergles i dyrektor centrum badań i edukacji w zakresie przepływów wielofazowych na Uniwersytecie Stanowym Iowa.