Hoewel de COVID-19-pandemie veel verstoringen in het onderwijssysteem veroorzaakte, leidde het ook tot enkele verrassende voordelen.

In Fysica van vloeistoffen , beschrijven wetenschappers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hun werk met studenten aan een thuisstudie van complex vloeistofgedrag. De cursus behandelt een soort natuurkunde die bekend staat als reologie, die wordt gebruikt om de manier te bestuderen waarop niet-Newtoniaanse vloeistoffen of halfvaste stoffen stromen.

Newtoniaanse vloeistoffen hebben een constante viscositeit, maar niet-Newtoniaanse vloeistoffen kunnen vervormen wanneer er kracht op wordt uitgeoefend. Soms reageren ze met plastic stroom. Eenvoudige reometrische metingen kunnen bij iedereen thuis worden uitgevoerd om hoeveelheden zoals visco-elasticiteit, afschuifverdunning en andere reologische eigenschappen te meten.

"In eerste instantie noemden we het project Shelter-in-Place Rheometry vanwege de acute aard van de COVID-19-pandemie en de shelter-in-place-regels", zegt Randy Ewoldt, de professor die betrokken was bij de ontwikkeling van de cursus. "Maar we realiseerden ons dat het idee algemener is en noemen het sindsdien doe-het-zelf-reometrie."

De projecten die aan de studenten werden toegewezen, bestonden uit twee delen:het verzamelen van kwalitatief visueel bewijs van reologische eigenschappen en het nemen van kwantitatieve metingen. De studenten controleerden vier gedragingen:viscositeit bij afschuiving, visco-elasticiteit, verschil in normale afschuifspanning en extensieviscositeit.

Zelfs zonder toegang tot laboratoriumreometers, ontwikkelden de studenten creatieve en unieke manieren om hun metingen uit te voeren. Ze bestudeerden een verscheidenheid aan veelvoorkomende stoffen, waaronder botercrèmeglazuur, tandpasta, yoghurt, pindakaas, mayonaise, eiwit en vele andere stoffen die in hun huizen verkrijgbaar zijn.

Een student, Ignasius Anugraha, ontwikkelde een compressie-squeeze-stroomanalyse om buttercream frosting te bestuderen. Anugraha plaatste het glazuur tussen twee kartonnen schijven en onderwierp het aan een kracht door schaaltjes gevuld met water op de schijven te stapelen.

Het glazuur was in staat om het gewicht van het water te dragen totdat een kritische waarde werd bereikt, waarna het glazuur aan één kant instortte en eruit werd geperst. Met behulp van vergelijkingen met het gewicht van het water kon Anugraha een hoeveelheid meten die bekend staat als de vloeigrens.

Een andere student, Max Friestad, bedacht een experiment om een ​​gedrag te bestuderen dat bekend staat als het uitrekken van filamenten door zwaartekracht. Friestad hing een tube tandpasta verticaal op en kneep er zachtjes in, waardoor een klodder tandpasta naar buiten kwam die langzaam uitbreidde en zich naar beneden uitstrekte. Met behulp van een mobiele telefoon met een high-speed frame-rate camera kon Friestad metingen doen en de extensionele viscositeit berekenen.

De cursus was zo succesvol dat de faculteit deze blijft aanbieden, zowel persoonlijk als online.

"We werken momenteel aan een herziening van methoden waarvan we denken dat ze niet alleen nuttig zullen zijn voor cursussen en instructie, maar ook voor onderzoek en technische communicatie", aldus M. Tanver Hossain.

Het artikel "Do-it-yourself rheometry" is geschreven door M. Tanver Hossain en Randy H. Ewoldt. Het artikel zal verschijnen in Physics of Fluids op 10 mei 2022. + Verder verkennen

De verrassende wetenschap van zonnebrandcrème, zand en ijs