EO

De verrassende viscositeit van verstrikte wormen

27 mei 2020 om 14:18 uur

Aan de hand van experimenten met Tubifex-wormen uit de lokale dierenwinkel ontdekten onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) dat in de wiebelende beweging van levende wormen verrassende natuurkunde besloten ligt. De manier waarop de wormen zichzelf spontaan in een kluwen organiseren blijkt te verschillen van de bij natuurkundigen bekende aggregatie van willekeurig bewegende deeltjes. Bovendien gedraagt de wormenkluwen zich als een vloeistof, met een viscositeit die op een unieke manier afhangt van de uitgeoefende schuifkracht.


Het onderzoek is gepubliceerd in twee artikelen in Physical Review Letters.

 

Tubifex-wormen zijn dunne, wiebelende wezens die wel iets van polymeermoleculen hebben - in elk geval in de ogen van natuurkundige Daniel Bonn en fysisch chemicus Sander Woutersen. In een reeks experimenten onderzochten de twee hoogleraren samen met postdoc Antoine Deblais of het gedrag van grote aantallen van deze dunne wormen zou lijken.op de fysica van polymeren.

 

Spontane organisatie

Tubifex-wormen (minder dan een halve millimeter dik en een tot twee centimeter lang) dienen als voedsel voor aquariumvissen en zijn in elke dierenwinkel te koop. Als de wormen in een aquarium worden losgelaten, hebben ze de neiging om spontaan te verstrikken en kluwens te vormen. Deze kluwens smelten samen en uiteindelijk komt de hele set wormen in één grote kluwen terecht. Dit gedrag lijkt veel op de zogenaamde fasescheiding in de natuurkunde, waar elkaar aantrekkende moleculen zich ophopen in steeds grotere aggregaten. Een bekend voorbeeld van dat laatste is de groei van dauwdruppels op een oppervlak. Uit experimenten met de wormen bleek echter dat hun 'kluwengroei' veel sneller verloopt dan bij druppels. De onderzoekers verklaren dit in termen van de actieve beweging van de wormen, die er voor zorgt dat de groeiende kluwens willekeurig bewegen met een gemiddelde snelheid die onafhankelijk is van de kluwengrootte. Dit verschilt van coalescentie van druppels, waarbij grotere druppels langzamer bewegen dan kleine.

 

De volgende verrassing kwam toen de onderzoekers ontdekten dat een wormenkluwen zich gedraagt als een visceuze, stroperige vloeistof. Net als een druppel vloeistof heeft de kluwen een meetbare oppervlaktespanning en vertoont hij weerstand als hij wordt vervormd door middel van een milde schuifkracht.

 

In het geval van verstrengelde polymeermoleculen brengen zulke experimenten een shear-thinning effect aan het licht: bij grotere afschuifkrachten wordt een polymeeroplossing minder stroperig. Dit komt omdat de polymeren de neiging hebben uit te lijnen met de stroomrichting. Verrassend genoeg is in het geval van de wormenkluwen sprake van een sterk verminderde shear-thinning. De onderzoekers leggen dit opnieuw uit in termen van de actieve beweging van de wormen, die hier voorkomen dat de beestjes uitlijnen met de stroomrichting.

 

Inspiratie voor een nieuwe theorie

Aangezien de actieve beweging van de wormen essentieel lijkt te zijn voor zowel de groeikinetiek van de kluwen als de shear thinning, denken de Amsterdamse onderzoekers dat hun studie inspiratie kan bieden voor de ontwikkeling van de fysica van active matter. Deze 'actieve materie', opgebouwd uit actief bewegende entiteiten, is wereldwijd een veel bestudeerd onderwerp. Tot nu toe zijn er echter vooral experimenten gedaan aan puntachtige deeltjes, en er is zeer weinig bekend over actieve polymeren. De UvA-onderzoekers hopen dat hun werk theoretici helpt om de theorie voor deze nieuwe klasse van actieve materie te ontwikkelen.

 

Gerelateerd nieuws

Fase-overgangen in 2D-materialen bestuderen met laser

Fase-overgangen in 2D-materialen bestuderen met laser

Faseovergangen spelen een belangrijke rol in materialen. In tweedimensionale materialen, waarvan grafeen de bekendste is, kunnen faseovergangen echter zeer moeilijk te bestuderen zijn. Onderzoekers van de Technische…

Kansen voor bedrijven in de vermogenselektronica richting 2030

Kansen voor bedrijven in de vermogenselektronica richting 2030

“Ondanks de uitdagingen waar het Nederlandse bedrijfsleven op de korte termijn mee geconfronteerd wordt, zijn de kansen in het veld van vermogenselektronica groot en talrijk.” Deze kansen en mogelijkheden zal…

Een smeerbare tussenlaag kan solid-state batterijen stabieler maken

Smeerbare tussenlaag maakt solid-state batterijen stabieler

Een tussenlaag van een smeerbaar, boterachtig materiaal, helpt de dichtheid van solid-state batterijen tienvoudig te verbeteren, terwijl het ook de prestaties en veiligheid verhoogt. Dat stellen wetenschappers van…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuwe kleine transponderschakelaar CTM

De nieuwe CTM is heel klein en is geschikt voor elke radius vanaf slechts 15cm. Toch is het een volwaardige PL e - Cat....

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

14 juli 2020, online

Hannover Messe Digital Days

Een digitaal overzicht van actuele ontwikkelingen op het gebied van industrie, energie en logistiek en...

11 augustus 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

11, 12 , 18, 19 augustus 2020

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

Meer agendapunten »