Även om covid-19-pandemin orsakade många störningar i utbildningssystemet, ledde den också till några överraskande fördelar.

I Physics of Fluids , beskriver forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign sitt arbete med studenter på en hemmastudie av komplext vätskebeteende. Kursen täcker en typ av fysik som kallas reologi, som används för att studera hur icke-newtonska vätskor eller halvfasta ämnen strömmar.

Newtonska vätskor har en konstant viskositet, men icke-newtonska vätskor kan deformeras när kraft appliceras. Ibland svarar de med plastiskt flöde. Enkla reometriska mätningar kan utföras i allas hem för att mäta kvantiteter som viskoelasticitet, skjuvförtunning och andra reologiska egenskaper.

"Vi kallade först projektet Shelter-in-Place Rheometry på grund av den akuta karaktären av covid-19-pandemin och reglerna för shelter-in-place", säger Randy Ewoldt, professorn som är involverad i att utveckla kursen. "Men vi insåg att idén är mer allmän och har sedan dess börjat kalla det gör-det-själv-reometri."

De projekt som tilldelats eleverna hade två delar:att samla in kvalitativa visuella bevis på reologiska egenskaper och att göra kvantitativa mätningar. Eleverna kontrollerade fyra beteenden:skjuvförtunningsviskositet, viskoelasticitet, normal skjuvspänningsskillnad och extensionsviskositet.

Även utan tillgång till laboratoriereometrar utvecklade eleverna kreativa och unika sätt att utföra sina mätningar. De studerade en mängd vanliga ämnen, inklusive smörkrämglasyr, tandkräm, yoghurt, jordnötssmör, majonnäs, äggvita och många andra ämnen som finns tillgängliga i deras hem.

En elev, Ignasius Anugraha, utvecklade en kompressionspressningsflödesanalys för att studera smörkrämglasyr. Anugraha placerade frostingen mellan två kartongskivor och utsatte den för en kraft genom att stapla ramekins fyllda med vatten ovanpå skivorna.

Frostingen kunde bära upp vattnets vikt tills ett kritiskt värde nåddes, varvid frostingen kollapsade på ena sidan och klämdes ut. Med hjälp av ekvationer som involverar vattnets vikt kunde Anugraha mäta en kvantitet som kallas flytspänningen.

En annan student, Max Friestad, utarbetade ett experiment för att studera ett beteende som kallas gravitationsdriven filamentsträckning. Friestad hängde upp en tub med tandkräm vertikalt och klämde försiktigt på den och drev ut en klick tandkräm som sakta sträckte sig och sträckte sig nedåt. Med hjälp av en mobiltelefon med en höghastighetskamera med bildhastighet kunde Friestad göra mätningar och beräkna töjviskositeten.

Kursen var så framgångsrik att fakulteten fortsätter att erbjuda den, både personligen och online.

"Vi arbetar för närvarande på en översyn av metoder som vi tror kommer att vara användbara inte bara för kurser och undervisning utan också för forskning och teknisk kommunikation", säger M. Tanver Hossain.

Artikeln "Do-it-yourself rheometry" är författad av M. Tanver Hossain och Randy H. Ewoldt. Artikeln kommer att dyka upp i Physics of Fluids den 10 maj 2022. + Utforska vidare

Den överraskande vetenskapen om solkräm, sand och glass