Einführung in ungewöhnliche Flüssigkeiten
Viele Alltagsprodukte wirken auf den ersten Blick völlig unterschiedlich, doch sie teilen ein faszinierendes physikalisches Phänomen: Sie werden dünnflüssiger, sobald man Kraft auf sie ausübt. Zu diesen Substanzen zählen Tomatenketchup, Farbschichten und sogar manche Lebensmittelmischungen. Der Grund liegt in ihrer Zugehörigkeit zu den sogenannten shear‑thinning nicht‑newtonschen Fluiden.
Was bedeutet shear‑thinning?
Der Begriff beschreibt ein Verhalten, bei dem die Viskosität – also die Zähflüssigkeit – mit steigender Scherbelastung abnimmt. In Ruhe bilden die enthaltenen Partikel, Polymere und Zellfragmente ein komplexes Netzwerk, das den Fluss hemmt. Sobald man rührt, schüttelt oder drückt, entsteht eine Scherspannung, die die Strukturen orientiert und teilweise zerstört. Dadurch kann das Material leichter gleiten.
Ketchup im Detail
Tomatenketchup besteht aus Wasser, gelösten Salzen, Pektin‑Polymeren und winzigen Tomaten‑Zellresten. In einem unbewegten Zustand ist das Gemisch relativ dickflüssig, weil die Pektin‑Ketten ein verworrenes Gerüst bilden. Beim Schütteln oder kräftigen Klopfen auf die Flasche richtet sich ein Teil dieser Ketten entlang der Strömungsrichtung aus, die innere Ordnung löst sich auf und das Ketchup fließt plötzlich viel schneller. Dieses Phänomen erklärt, warum ein kurzer Schlag auf die Flasche oft genügt, um den gewünschten Schwall zu erhalten.
Der Gegenpol: Shear‑Thickening bei Maisstärke‑Wasser‑Mischungen
Im Gegensatz dazu zeigen Mischungen aus Maisstärke und Wasser ein shear‑thickening Verhalten. Bei langsamer Bewegung gleiten die Stärkekörner aneinander vorbei, das Gemisch bleibt flüssig. Wird jedoch plötzlich eine große Kraft ausgeübt, geraten die Partikel in engem Kontakt, die Reibung steigt und das Gemisch verhärtet sich fast sofort. Dieses Prinzip lässt sich spielerisch demonstrieren: Man kann in einer Schüssel mit Maisstärke‑Wasser‑Gel langsam versinken, aber bei einem schnellen Stoß wieder herauskommen.
Praktische Anwendungen
Die Kenntnis über shear‑thinning Eigenschaften ist nicht nur für die Lebensmittelindustrie relevant, sondern auch für die Beschichtungstechnik. Farben müssen beim Auftragen leicht fließen, um eine glatte Schicht zu bilden, und danach schnell erstarren, damit sie an der Oberfläche haften bleiben. Durch gezielte Formulierung der Polymer‑ und Partikelanteile lässt sich das Fließverhalten exakt steuern.
Zusammengefasst zeigen Ketchup und Farbe, wie die Manipulation von Scherkräften die Fließfähigkeit beeinflussen kann, während Maisstärke‑Mischungen das Gegenteil demonstrieren. Diese Gegenüberstellung verdeutlicht, wie vielfältig nicht‑newtonsche Flüssigkeiten in unserem Alltag auftreten und welche Rolle die innere Mikrostruktur dabei spielt.
Source: https://scientias.nl/tomatenketchup-is-gaaf-het-is-een-shear-thinning-non-newtonian-fluid/
