French fries are delicious. French fries with ketchup are a little slice of heaven. The problem is it's basically impossible to pour the exactly right amount. We're so used to pouring ketchup that we don't realize how weird its behavior is. Imagine a ketchup bottle filled with a straight up solid like steel. No amount of shaking would ever get the steel out. Now imagine that same bottle full of a liquid like water. That would pour like a dream. Ketchup, though, can't seem to make up its mind. Is it is a solid? Or a liquid? The answer is, it depends. The world's most common fluids like water, oils and alcohols respond to force linearly. If you push on them twice as hard, they move twice as fast. Sir Isaac Newton, of apple fame, first proposed this relationship, and so those fluids are called Newtonian fluids. Ketchup, though, is part of a merry band of linear rule breakers called Non-Newtonian fluids. Mayonnaise, toothpaste, blood, paint, peanut butter and lots of other fluids respond to force non-linearly. That is, their apparent thickness changes depending on how hard you push, or how long, or how fast. And ketchup is actually Non-Newtonian in two different ways. Way number one: the harder you push, the thinner ketchup seems to get. Below a certain pushing force, ketchup basically behaves like a solid. But once you pass that breaking point, it switches gears and becomes a thousand times thinner than it was before. Sound familiar right? Way number two: if you push with a force below the threshold force eventually, the ketchup will start to flow. In this case, time, not force, is the key to releasing ketchup from its glassy prison. Alright, so, why does ketchup act all weird? Well, it's made from tomatoes, pulverized, smashed, thrashed, utterly destroyed tomatoes. See these tiny particles? This is what remains of tomatoes cells after they go through the ketchup treatment. And the liquid around those particles? That's mostly water and some vinegar, sugar, and spices. When ketchup is just sitting around, the tomato particles are evenly and randomly distributed. Now, let's say you apply a weak force very quickly. The particles bump into each other, but can't get out of each other's way, so the ketchup doesn't flow. Now, let's say you apply a strong force very quickly. That extra force is enough to squish the tomato particles, so maybe instead of little spheres, they get smushed into little ellipses, and boom! Now you have enough space for one group of particles to get passed others and the ketchup flows. Now let's say you apply a very weak force but for a very long time. Turns out, we're not exactly sure what happens in this scenario. One possibility is that the tomato particles near the walls of the container slowly get bumped towards the middle, leaving the soup they were dissolved in, which remember is basically water, near the edges. That water serves as a lubricant betwen the glass bottle and the center plug of ketchup, and so the ketchup flows. Another possibility is that the particles slowly rearrange themselves into lots of small groups, which then flow past each other. Scientists who study fluid flows are still actively researching how ketchup and its merry friends work. Ketchup basically gets thinner the harder you push, but other substances, like oobleck or some natural peanut butters, actually get thicker the harder you push. Others can climb up rotating rods, or continue to pour themselves out of a beeker, once you get them started. From a physics perspective, though, ketchup is one of the more complicated mixtures out there. And as if that weren't enough, the balance of ingredients and the presence of natural thickeners like xanthan gum, which is also found in many fruit drinks and milkshakes, can mean that two different ketchups can behave completely differently. But most will show two telltale properties: sudden thinning at a threshold force, and more gradual thinning after a small force is applied for a long time. And that means you could get ketchup out of the bottle in two ways: either give it a series of long, slow languid shakes making sure you don't ever stop applying force, or you could hit the bottle once very, very hard. What the real pros do is keep the lid on, give the bottle a few short, sharp shakes to wake up all those tomato particles, and then take the lid off and do a nice controlled pour onto their heavenly fries.
Las papas fritas son deliciosas. Y las papas fritas con kétchup son un pedacito del paraíso. El problema es que es casi imposible verter la cantidad justa. Estamos tan acostumbrados a poner kétchup que no notamos lo extraño de su comportamiento. Imagina una botella de kétchup llena de acero. Por más que la agites, el acero no saldrá. Ahora imagina una botella llena de agua. Saldrá fácilmente. El kétchup, sin embargo, no se decide. ¿Es un sólido? ¿O un líquido? La respuesta es: depende. Los fluidos más comunes como el agua, los aceites y los alcoholes, responden linealmente a la fuerza. Si uno los presiona 2 veces más fuerte, se mueven 2 veces más rápido. Sir Isaac Newton, conocido por su manzana, fue el primero en sugerir esta relación por eso estos fluidos se denominan newtonianos. El kétchup, no obstante, es parte de un grupo de infractores lineales llamados fluidos no newtonianos. La mayonesa, la pasta de dientes, la sangre, la pintura, la mantequilla de maní y muchos otros fluidos responden a la fuerza de manera no lineal. Es decir, cambian su viscosidad aparente en función de lo fuerte que presiones, o cuánto tiempo, o qué tan rápido. Y el kétchup es no newtoniano por partida doble. Primero, cuanto más duro uno presiona, menos parece salir. Por debajo de una cierta fuerza, se comporta como un sólido. Pero una vez pasado ese punto de inflexión, cambia y se vuelve mil veces menos viscoso que antes. Suena familiar, ¿no? Segundo, si uno presiona con una fuerza menor al umbral al final, empezará a fluir. En este caso el tiempo, no la fuerza, es la clave para liberar el kétchup de su prisión de vidrio. Muy bien, pero, ¿por qué se comporta de forma tan extraña? Bueno, está hecho a base de tomates pulverizados, aplastados, golpeados, completamente destruidos. ¿Ves estas diminutas partículas? Esto es lo que queda de las células del tomate luego del tratamiento que lo transforma en kétchup. ¿Y el líquido circundante? Es principalmente agua, algo de vinagre, azúcar y especias. Cuando el kétchup está en reposo, las partículas de tomate se distribuyen de manera uniforme y aleatoriamente. Ahora, supongamos que aplicas poca fuerza muy rápido. Las partículas se golpean mutuamente, pero no pueden quitarse del camino, por eso el kétchup no fluye. Ahora, supongamos que aplicas una fuerza potente, muy rápidamente. Esa fuerza adicional es suficiente para aplastar las partículas de tomate y quizá en vez de esferitas se forman pequeñas elipses y, ¡buum! Ahora hay espacio suficiente para que algunas partículas pasen sobre otras y fluya el kétchup. Ahora supongamos que aplicas una fuerza muy débil pero durante mucho tiempo. Resulta que no estamos muy seguros de lo que pasa en este escenario. Una posibilidad es que las partículas que están en las paredes del contenedor lentamente vayan hacia el medio, dejando la sopa en la que están disueltas, que recuerden, básicamente es agua, cerca del borde. Esa agua sirve como lubricante entre la botella de vidrio y el tapón de kétchup del centro, y entonces fluye el kétchup. Otra posibilidad es que las partículas lentamente se reacomoden en pequeños grupos, que luego fluyen unos sobre otros. Los científicos que estudian fluidos siguen investigando activamente la dinámica del kétchup y sus buenos compañeros. El kétchup se hace menos viscoso cuanto más lo presionas, pero otras sustancias, como la masilla o algunas mantequillas naturales de maní, se hacen más viscosas cuanto uno más las presiona. Otras sustancias pueden subir rotando, o seguir saliendo una vez que empezaron a hacerlo. Sin embargo, desde una perspectiva física, el kétchup es una de las mezclas más complicadas que hay. Y, como si eso no fuera suficiente, el equilibrio de ingredientes y la presencia de espesantes naturales como la goma de xantano, que también se encuentra en muchas bebidas frutales y batidos, pueden hacer que 2 kétchup distintos se comporten de formas totalmente diferentes. Pero ambos mostrarán 2 propiedades distintivas: repentina disminución de la viscosidad ante una fuerza umbral, y una disminución más gradual al aplicar una pequeña fuerza durante un largo período de tiempo. Y eso implica que puede extraerse el kétchup de 2 maneras: o bien se lo agita en series largas, lentas y lánguidas asegurándose de nunca dejar de aplicar fuerza, o bien puedes golpear la botella una vez, con mucha, mucha energía. Los que saben dejan la tapa puesta, sacuden la botella con fuerza, un instante, para despertar a las partículas de tomate, luego sacan la tapa y vierten el kétchup de manera controlada sobre sus celestiales papas.