Mesure à faire soi-même. Un étudiant a pris une seule photo (à gauche) d'une suspension de carbopol dans de l'eau prélevée avec une petite spatule. La physique de cette substance de gel fluide, similaire au gel capillaire, a été modélisée mathématiquement pour estimer la limite d'élasticité. Crédit :M. Tanver Hossain et Randy H. Ewoldt
Bien que la pandémie de COVID-19 ait provoqué de nombreuses perturbations dans le système éducatif, elle a également entraîné des avantages surprenants.
En Physique des fluides , des scientifiques de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign décrivent leur travail avec des étudiants sur une étude à domicile du comportement complexe des fluides. Le cours couvre un type de physique connu sous le nom de rhéologie, qui est utilisé pour étudier la façon dont les liquides non newtoniens ou les substances semi-solides s'écoulent.
Les fluides newtoniens ont une viscosité constante, mais les fluides non newtoniens peuvent se déformer lorsqu'une force est appliquée. Parfois, ils répondent par un flux plastique. Des mesures rhéométriques simples peuvent être effectuées chez n'importe qui pour mesurer des quantités telles que la viscoélasticité, la fluidification par cisaillement et d'autres propriétés rhéologiques.
"Nous avons initialement appelé le projet Shelter-in-Place Rheometry en raison de la nature aiguë de la pandémie de COVID-19 et des règles d'abri sur place", a déclaré Randy Ewoldt, le professeur impliqué dans l'élaboration du cours. "Mais nous avons réalisé que l'idée était plus générale et avons depuis pris l'habitude de l'appeler rhéométrie à faire soi-même."
Les projets confiés aux étudiants comportaient deux volets :la collecte de preuves visuelles qualitatives des propriétés rhéologiques et la prise de mesures quantitatives. Les étudiants ont vérifié quatre comportements :la viscosité de fluidification par cisaillement, la viscoélasticité, la différence de contrainte normale de cisaillement et la viscosité d'extension.
Même sans accès à des rhéomètres de laboratoire, les étudiants ont développé des moyens créatifs et uniques pour effectuer leurs mesures. Ils ont étudié une variété de substances courantes, y compris le glaçage à la crème au beurre, le dentifrice, le yaourt, le beurre de cacahuète, la mayonnaise, les blancs d'œufs et de nombreuses autres substances disponibles chez eux.
Un étudiant, Ignasius Anugraha, a développé une analyse de flux de compression pour étudier le glaçage à la crème au beurre. Anugraha a placé le glaçage entre deux disques en carton et l'a soumis à une force en empilant des ramequins remplis d'eau sur les disques.
Le glaçage a pu supporter le poids de l'eau jusqu'à ce qu'une valeur critique soit atteinte, moment auquel le glaçage s'est effondré d'un côté et s'est expulsé. À l'aide d'équations impliquant le poids de l'eau, Anugraha a pu mesurer une quantité connue sous le nom de limite d'élasticité.
Un autre étudiant, Max Friestad, a conçu une expérience pour étudier un comportement connu sous le nom d'étirement de filament entraîné par la gravité. Friestad a suspendu un tube de dentifrice verticalement et l'a doucement pressé, expulsant une cuillerée de dentifrice qui s'est lentement étendue, s'étirant vers le bas. À l'aide d'un téléphone portable avec une caméra à fréquence d'images élevée, Friestad a pu prendre des mesures et calculer la viscosité extensionnelle.
Le cours a connu un tel succès que la faculté continue de le proposer, en personne et en ligne.
"Nous travaillons actuellement sur un examen des méthodes qui, selon nous, seront utiles non seulement pour les cours et l'enseignement, mais également pour la recherche et la communication technique", a déclaré M. Tanver Hossain.
L'article "Rhéométrie à faire soi-même" est rédigé par M. Tanver Hossain et Randy H. Ewoldt. L'article paraîtra dans Physique des fluides le 10 mai 2022. + Explorer plus loin
