Einführung in nicht‑newtonsche Flüssigkeiten
Viele Alltagsprodukte verhalten sich anders, als man von einer klassischen Flüssigkeit erwarten würde. Tomatenketchup, Tomatenpüree und sogar Wandfarbe gehören zu einer besonderen Gruppe: den shear‑thinning, also scherverdünnenden, nicht‑newtonschen Medien. Im Gegensatz zu Wasser, das bei jeder Belastung dieselbe Viskosität behält, ändern diese Stoffe ihre Fließfähigkeit, sobald äußere Kräfte auf sie einwirken.
Was bedeutet "shear thinning"?
Der Begriff beschreibt, dass die Viskosität – also die Zähflüssigkeit – abnimmt, wenn ein Scherfluss entsteht. Praktisch heißt das: Rührt man, schüttelt oder drückt man das Material, wird es dünnflüssiger und lässt sich leichter bewegen. Sobald die Belastung nachlässt, kehrt die ursprüngliche Struktur zurück und das Medium wird wieder zäh.
Die innere Beschaffenheit von Ketchup und Tomatenpüree
In einer typischen Ketchup‑Mischung finden sich Wasser, gelöste Salze, Pektin‑Polymere und winzige Partikel von Tomatenzellen. In Ruhe ordnen sich diese Bestandteile zu einem relativ ungeordneten Netzwerk. Wird das Gemisch jedoch gerührt oder geschüttelt, entsteht ein Scherfeld, das die Teilchen und langen Molekülketten dazu veranlasst, sich entlang der Fließrichtung auszurichten. Diese Umorientierung reduziert die intermolekularen Wechselwirkungen und das System verliert an Widerstand – es fließt leichter.
Warum Farbe beim Auftragen dünnflüssig bleibt
Wandfarbe muss sich beim Streichen gleichmäßig verteilen, danach jedoch an der Oberfläche haften. Durch die gleiche scherverdünnende Mechanik kann die Farbe beim Rollen oder Pinseln schnell fließen, weil die Pigmente und Bindemittel sich ausrichten. Sobald die Scherkraft wegfällt, verfestigt sich das Netzwerk wieder, sodass die Farbschicht an der Wand haften bleibt.
Das Gegenstück: Scherverdickende Flüssigkeiten
Ein klassisches Beispiel für das Gegenteil ist die Mischung aus Maisstärke und Wasser, oft als Oobleck bezeichnet. Bei langsamer Bewegung können die Stärkekörner aneinander vorbei gleiten, das Gemisch wirkt flüssig. Wird jedoch plötzlich ein starker Druck ausgeübt, geraten die Partikel in engem Kontakt, die Reibung steigt und das Material verhärtet sich fast augenblicklich. So kann man in einer Schüssel aus Oobleck langsam versinken, aber theoretisch darüber laufen, wenn man schnell genug reagiert.
Alltägliche Anwendungen und überraschende Phänomene
Die Kenntnis über shear‑thinning und shear‑thickening ist nicht nur für Wissenschaftler interessant. Sie erklärt, warum man eine Ketchup‑Flasche erst schütteln muss, bevor das Produkt leicht aus dem Ausguss fließt, und warum man beim Malen nicht ständig nachlegen muss, weil die Farbe beim Auftragen bereits dünn genug ist. Ebenso finden diese Prinzipien Anwendung in der Lebensmitteltechnologie, der Kosmetikindustrie und sogar in der Entwicklung von Schutzmaterialien, die bei Aufprall hart werden.
Fazit
Ob Ketchup, Tomatenpüree oder Farbe – alle teilen das Merkmal, bei mechanischer Belastung dünnflüssiger zu werden. Das liegt an der Umstrukturierung ihrer inneren Mikro‑ und Makro‑Komponenten, die bei Scherung ihre Orientierung ändern. Im Gegensatz dazu verhärtet ein Maisstärke‑Wasser‑Gemisch bei plötzlicher Kraft. Diese Gegensätze illustrieren die faszinierende Vielfalt nicht‑newtonscher Flüssigkeiten, die unser tägliches Leben auf subtile Weise beeinflussen.
Source: https://scientias.nl/tomatenketchup-is-gaaf-het-is-een-shear-thinning-non-newtonian-fluid/
