מיסטוק

מיסטוק (באנגלית: Oobleck) הוא כינוי לעיסת עמילן ומים. לעיסה זו תכונות ייחודיות, הדומות לאלו של נוזל לא ניוטוני והיא מתפקדת גם כמוצק וגם כנוזל תחת תנאי כוח שונים. השם המוצע לעיסה זו (Oobleck) לקוח מתוך הסיפור של דוקטור סוס "Bartholomew and the Oobleck" בתרגום לעברית "גדליהו והמיסטוק".

מיסטוק הוא תערובת עמילן ומים כחצי מנפחו לכל היותר. הכמות המדויקת תלויה בלחות היחסית שקיימת בעמילן ומשתנה לפי סוג העמילן. התמיסה מושפעת מתנאי האחסנה וטמפרטורה. לרוב, נהוג להוסיף מים עד לקבלת תערובת בסמיכות בינונית.
ממוזער|ניסוי הכנת המיסטוק: התקבלו תכונות העיסה לאחר ערבוב עמילן ומים ביחס 2:1 (מים:עמילן)

 מקור השם והשפעה תרבותית 
השם "Oobleck" (מיסטוק בעברית) נגזר מהספר "Bartholomew and the Oobleck" שפורסם ב-1949 על ידי דוקטור סוס (תיאודור זויס גייזל)  בסיפור, המלך דרווין מזמין מהקוסמים שלו ליצור חומר חדש שייפול מהשמיים במקום גשם או שלג, והתוצאה היא חומר ירוק ודביק הנקרא "Oobleck" שגורם לכאוס בממלכה.
השם הפך למונח מדעי מקובל לתיאור נוזלים לא-ניוטוניים מסוג זה, במיוחד תערובות של קורנפלור ומים . הספר עורר עניין מדעי רחב ומחקרים מתקדמים בתחום הנוזלים הלא-ניוטוניים, כולל מחקרים באוניברסיטת שיקגו ו-MIT על המנגנונים הפיזיקליים של חומרים אלה.
כיום, המיסטוק משמש ככלי חינוכי נפוץ בהוראת מדעי הטבע, פיזיקה וכימיה, ומאפשר הדגמה מעשית של עקרונות מדעיים מורכבים בצורה נגישה וחווייתית לתלמידים.

הסבר מדעי

 אפיון איכותי של התנהגות המיסטוק בקנה מידה גדול 
במבט-על, נהוג למיין חומרים רבים כנוזלים או מוצקים (למעט גז). אחת הדרכים למיון היא בדיקת תגובת החומר לשינוי צורתו ללא שינוי נפחו ("מאמץ גזירה"). התנגדות החומר לשינוי צורתו באופן הפיך (כלומר, כשנסיר את המאמץ יחזור לצורתו המקורית), תסווג אותו כנוזל. ואילו אם החומר אינו מתנגד לשינוי צורתו, או מתנגד רק באופן בלתי-הפיך, תוך חיכוך פנימי ויצירת חום, הוא יסווג אותו כמוצק.

אולם זו הגדרה מופשטת ובפועל ההגדרות נוזל ומוצק הן מקרי גבול אידיאליים, ורוב החומרים יסטו מהן במידה מסוימת.
רוב הנוזלים, אם ננסה לשנות את צורתם מהר מספיק, יגיבו גם באופן הפיך, כמוצקים. לדוגמה, אם נכה באצבע במהירות על משטח הפנים של דבש (או תמיסת עמילן תירס), התחושה המתקבלת תהיה כשל נגענו במוצק.
רוב המוצקים, אם ננסה לשנות את צורתם לאט מספיק, יגיבו גם באופן בלתי-הפיך, תוך חיכוך ויצירת חום, כנוזלים. למשל, צמר גפן שתונח עליו משקולת: תחילה הוא יימעך, והמשקולת תרד במהירות, עד לנקודה שבה ההתנגדות ההפיכה (האלסטית, כמו של קפיץ) של צמר הגפן תאזן בדיוק את משקל המשקולת. אך למעשה המשקולת ממשיכה לרדת ולדחוס את הצמר גפן אך בקצב איטי מכפי שיהיה אפשר לראות.

מושגים מדעיים
חומר המתנגד לשינוי צורתו רק באופן הפיך נקרא מוצק אלסטי. חומר המתנגד לשינוי צורתו רק באופן בלתי-הפיך (בזרימה) נקרא נוזל צמיג, או נוזל ניוטוני. כאמור, רוב החומרים סוטים משני מצבי הקיצון הללו, והסטיה תלויה במהירות שבה מנסים "להפריע" להם. לתחום הביניים הזה בין שני מצבי הקיצון, שיש בתוכו מגוון רחב מאוד של התנהגויות, יש מגוון של שמות. מי שרוצה להדגיש את הסטיה של החומר מהתנהגות של נוזל ניוטוני, יקרא לו זורם לא-ניוטוני. מי שרוצה להדגיש את סטיית החומר מההתנהגות הקיצונית השנייה של מוצק אלסטי, יקרא לו חומר רך. ובכל מקרה, אפשר להשתמש במונח הנייטרלי של חומר ויסקואלסטי, כלומר כזה המתנהג חלקית כנוזל צמיג וחלקית כמוצק אלסטי.

אפיון מולקולרי להתנהגות המיסטוק בקנה מידה קטן
כל מה שנאמר עד כאן נוגע לאפיון איכותי של התנהגות החומר בקנה מידה גדול. שאלה נפרדת היא, מהם המנגנונים הפועלים בקנה המידה הקטן (למשל, זה המולקולרי) והאחראים להתנהגות הוויסקואלסטית. התשובה איננה כללית אלא תלויה בסוג החומר. לדוגמה, בתמיסות מרוכזות של פולימרים (דוגמת עמילן התירס), הגורם ששולט בהתנהגות האלסטית (ההפיכה) הוא הליפוף והשזירה של מולקולות הפולימר הארוכות זו בזו. בתגובה להפרעה מהירה, אין המולקולות מספיקות להשתחרר מהתסבוכת, אלא רק להימתח ולהתכווץ כרשת, והחומר מגיב כמוצק אלסטי. בתמיסות כאלה המנגנון ששולט בהתנהגות הבלתי-הפיכה (זרימה צמיגה) הוא "הזדחלות" (רפטציה)– על פני זמן ארוך דיו מצליחות המולקולות הארוכות להזדחל ולזרום זו ביחס לזו, בדומה לדרך שבה אנו מצליחים לשלוף אטרייה אחת מתוך ערמת ספגטי.

הצעה לשימוש במיסטוק
ממוזער|שימוש במיסטוק כבולם זעזועים: מתקן מוצע בעבודת חקר
ממוזער|תיאור סכמתי של המתקן
תחרות מפורסמת  היא בניית מבנה יעיל מספיק לשמירת ביצים כך שיוטלו ממבנה גבוה ויישארו שלמות. בשל תכונותיו המיוחדות של החומר, בפגיעתו בקרקע הוא מתקשה ומווסת את הפגיעה וכך שומר על שלמות החפץ מפני שבירה, ועל התכונות הנוזליות שלו באופן חלקי בחלק העליון בו הונחה הביצה.
על פי חוק המתקף, ככל שזמן העצירה של הביצה גדל, הכוח העוצר אותה קטן.
בשפת האנרגיה – אנרגיית התנועה של הביצה מומרת לאנרגיה ויסקואלסטית המתבטאת בתכונותיו המיוחדות של החומר ובסוף התהליך לאנרגיית חום.

לקריאה נוספת
 נוזל לא ניוטוני
 אלסטיות
קישורים חיצוניים
 איך להכין חומר שהוא גם נוזל וגם מוצק באותו זמן, ד"ר אבי סאייג, מכון דוידסון לחינוך מדעי, אוקטובר 2011
 מפגש 2 - מעברי מצב צבירה קלאסיים ומיוחדים, מכון דוידסון לחינוך מדעי
 מחקר חדש שחשף את אופן תנועת החלזונות עשוי לתרום לבניית רובוטים ביומימטיים רפואיים, זיו נדב, "חדש (נ)ות מהטבע"

הערות שוליים

קטגוריה:הידרודינמיקה