なぜケチャップは奇妙な液体なのか？非ニュートン流体の科学を探る

概要

ケチャップは、力の強さ、持続時間、速度によって異なる振る舞いをする非ニュートン流体です。固体のように振る舞うこともあり、液体のように振る舞うこともあり、ボトルから注ぎ出すのが難しい特殊な液体です。成分のバランス、天然の増粘剤の存在、特定のケチャップの個性などが、流動特性に影響を与えます。この記事では、ケチャップやその他の非ニュートン流体の魅力的な振る舞いの科学について探求しています。

非ニュートン流体とは何か、ニュートン流体とどう違うのか？
なぜケチャップは非ニュートン流体なのか？
力が加わるとケチャップはどうなるのか？
ボトルからケチャップを出すにはどうすればよいのか？
その他の非ニュートン流体はどのように振る舞うのか？

はじめに

ケチャップは、世界中の多くの食品愛好家にとってお気に入りの調味料です。甘くて酸味があり、バーガーやホットドッグ、フライや卵など様々な料理にぴったりです。しかし、ボトルからケチャップを出すのはストレスフルな経験かもしれません。ボトルを振ったり、叩いたり、絞ったりしても、ケチャップはなかなか出てこないように思えます。そして、ついに注ぎ出すと、皿には多すぎたり、少なすぎたりします。しかし、ケチャップはどうして他の液体とは異なる、奇妙な液体なのか、あなたは考えたことがありますか？この記事では、ケチャップや他の非ニュートン流体の科学について探求します。

Q&A

Q1. 非ニュートン流体とは何か、ニュートン流体とどう違うのか？

A: 非ニュートン流体とは、水や油のようなニュートン流体のような力と速度の間にある線形関係で流動特性が記述されない物質のことです。代わりに、非ニュートン流体は、加わる力の強さ、持続時間、速度に応じて複雑な振る舞いを示します。これらの外部要因に応じて、見かけの粘度や流動特性を変化させることができます。これに対して、ニュートン流体は力に対して線形に反応し、つまり、より強く押すとより速く動くようになります。

Q2. なぜケチャップは非ニュートン流体なのか？

A: ケチャップは、潰したトマトから作られ、トマト細胞の微小な粒子が水、酢、砂糖、スパイスを含む液体に浮遊しています。ケチャップに力が加わると、これらの粒子がぶつかり合い、形を変えることができ、液体が流れるようになります。しかし、この流れの程度は、加わる力によって異なります。低い力ではケチャップは固体のように振る舞い、ボトルから注ぎ出すのが難しくなります。しかし、高い力が加わると、急に非常に薄くなり、より簡単に流れるようになります。

Q3. 力が加わるとケチャップはどうなるのか？

A: 弱い力がケチャップに加わると、粒子がぶつかり合いますが、互いにかわることができないため、ケチャップは流れません。強い力が急に加わると、粒子が小さな楕円形に押し潰され、一群の粒子が他の粒子を通り抜けるためのスペースが作られ、ケチャップが流れます。非常に弱い力が長時間加わると、容器の壁に近い粒子がゆっくりと中心に向かってぶつかり、中心のプラグとガラス瓶の間には水っぽい液体が残り、潤滑剤として機能し、ケチャップが流れます。