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.
Les frites c'est délicieux. Les frites avec du ketchup, c'est un petit bout de paradis. Le problème, c'est qu'il est impossible de verser exactement la bonne quantité. On a tellement l'habitude de verser du ketchup, qu'on ne se rend pas compte de l'étrangeté de son comportement. Imaginez une bouteille de ketchup pleine d'un solide, de l'acier par exemple. Vous pourrez toujours secouer, rien ne sortira. Imaginez maintenant cette même bouteille pleine d'un liquide, de l'eau par exemple. Ce serait super facile à verser. Le ketchup, cependant, ne semble pas se décider. Est-ce un solide, est-ce un liquide ? La réponse est : ça dépend. Les fluides les plus courants au monde comme l'eau, les huiles et les alcools réagissent aux forces de façon linéaire. Si on pousse dessus deux fois plus fort, ils se déplacent deux fois plus vite. Sir Isaac Newton, célèbre pour sa pomme, a été le premier à suggérer cette relation, et ces fluides sont donc appelés fluides newtoniens. Le ketchup, cependant, fait partie d'une joyeuse bande de briseurs de règle linéaire appelés les fluides non-newtoniens. La mayonnaise, le dentifrice, le sang, la peinture, le beurre de cacahuète et de nombreux autres fluides réagissent aux forces de façon non-linéaire. C'est-à-dire que leur viscosité apparente change selon la force, la durée, et la vitesse de poussée. Et le ketchup est en fait non-newtonien de deux façons différentes. Première façon : plus on pousse fort, plus le ketchup semble devenir fluide. En dessous d'une certaine force de poussée, le ketchup se comporte en gros comme un solide. Mais une fois qu'on passe ce point de rupture, il change de vitesse et devient mille fois plus fluide qu'avant. Ça vous rappelle quelque chose, non ? Deuxième façon : si vous poussez avec une force en dessous du seuil, le ketchup finira par se mettre à couler. Dans ce cas, c'est le temps, pas la force, qui est la clé de la libération du ketchup de sa prison de verre. Bon, alors, pourquoi le ketchup a-t-il un comportement aussi bizarre ? Eh bien, il est composé de tomates, pulvérisées, écrasées, broyées, totalement détruites. Vous voyez ces minuscules particules ? C'est ce qui reste des cellules de tomates après avoir subi le traitement du ketchup. Et le liquide autour de ces particules ? C'est essentiellement de l'eau, du vinaigre, du sucre et des épices. Quand le ketchup est au repos, les particules de tomates sont distribuées de façon égale et aléatoire. Disons maintenant qu'on applique une force faible très vite. Les particules s'entrechoquent, mais ne peuvent s'écarter du chemin des unes et des autres, alors le ketchup ne coule pas. Disons maintenant qu'on applique une grande force très vite. Cette force supplémentaire est suffisante pour écrabouiller les particules de tomates, alors peut-être qu'au lieu de petites sphères, elles sont transformées en petites ellipses et boum ! Maintenant, on a assez de place pour qu'un groupe de particules dépasse les autres et le ketchup coule. Disons maintenant que vous appliquez une force très faible mais pendant très longtemps. Il s'avère qu'on n'est pas très sûr de ce qui se passe dans ce cas. Une possibilité est que les particules de tomate près des parois du conteneur sont lentement poussées vers le milieu, quittent la soupe dans laquelle elles étaient dissoutes, qui, rappelez-vous, est en gros de l'eau, vers les bords. Cette eau sert de lubrifiant entre la bouteille en verre et le bouchon central de ketchup, et alors le ketchup coule. Une autre possibilité est que les particules se réarrangent lentement en de nombreux petits groupes, qui ensuite passent l'un devant l'autre en coulant. Les scientifiques qui étudient les écoulements de fluides cherchent toujours activement comment le ketchup et ses joyeux amis fonctionnent. En gros, plus on pousse fort, plus le ketchup est liquide, mais d'autres substances, comme l'oobleck ou certains beurres de cacahuètes naturels deviennent plus épais plus on pousse fort. D'autres peuvent remonter le long de tiges en rotation ou déborder toutes seuls d'un bécher, une fois qu'on les a lancées. Cependant, du point de vue de la physique, le ketchup est un des mélanges les plus compliqués qui soient. Et comme si ça ne suffisait pas, l'équilibre des ingrédients et la présence d'épaississants naturels comme la gomme de xanthane, qu'on trouve aussi dans les boissons aux fruits et dans les milkshakes, peut vouloir dire que deux ketchups se comportent de façons totalement différentes. Mais la plupart d'entre eux montreront deux propriétés révélatrices : ils se fluidifient à une force seuil, et se liquéfient plus encore après l'application d'une faible force sur une longue durée. Ça veut dire qu'on peut faire sortir du ketchup d'une bouteille de deux façons : soit en le secouant lentement et longuement en s'assurant de ne jamais cesser d'appliquer la force, ou on peut frapper la bouteille une seule fois, très fort. Les vrais pros gardent le bouchon vissé, secouent un peu la bouteille de façon énergique pour réveiller les particules de tomates, et ensuite dévissent le bouchon, et versent en contrôlant bien l'écoulement sur leurs frites divines.