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.
צ'יפס זה טעים. צ'יפס עם קטשופ זה פיסה מגן עדן. הבעיה היא שזה בעיקרון בלתי אפשרי לשפוך בדיוק את הכמות הנכונה. אנחנו כל כך רגילים לשפוך קטשופ שאנחנו לא מבינים כמה ההתנהגות שלו מוזרה. דמיינו בקבוק קטשופ מלא במוצק כמו פלדה. שום כמות של ניעור לא תוציא את הפלדה. עכשיו דמיינו את אותו בקבוק מלא בנוזל כמו מים. זה ישפך כמו חלום. קטשופ, עם זאת, לא מצליח להחליט. האם הוא מוצק או נוזל? התשובה היא, זה תלוי. הנוזלים הכי נפוצים בעולם כמו מים, שמנים ואלכוהול מגיבים לכוח לינארית. אם אתם דוחפים עליהם בעוצמה כפולה, הם נעים במהירות כפולה. סר אייזק ניוטון, מתהילת התפוח, הציע את היחס הזה לראשונה, ולכן הנוזלים האלה קרויים נוזלים ניוטוניים. קטשופ, עם זאת, הוא חלק מחבורה עליזה של שוברי חוקים לינאריים שנקראים נוזלים לא ניוטוניים. מיונז, משחת שיניים, דם, צבע, חמאת בוטנים והרבה נוזלים אחרים מגיבים לכוח לא לינארית. זה אומר, הצמיגות הנראית שלהם משתנה כתלות בכמה חזק לוחצים עליהם, או כמה זמן, או כמה מהר. וקטשופ הוא למעשה לא ניוטוני בשתי דרכים שונות. דרך ראשונה:כמה שדוחפים חזק יותר, הקטשופ נראה דליל יותר. מתחת לכוח דחיפה מסויים, קטשופ בעיקרון מתנהג כמו מוצק. אבל ברגע שעוברים את נקודת השבירה, הוא מחליף מהלך והופך לדליל יותר באלפי מונים ממה שהיה קודם. נשמע מוכר נכון? דרך מספר שתיים: אם אתם אתם דוחפים עם כוח מתחת לסף הכוח בסופו של דבר, הקטשופ יתחיל לזרום. במקרה הזה זמן, לא כוח, הוא המפתח לשחרור הקטשופ מכלא הזכוכית שלו. בסדר, אז, למה קטשופ מתנהג מוזר? ובכן, הוא עשוי מעגבניות, כתושות, מעוכות, מרוסקות, עגבניות מושמדות לגמרי. אתם רואים את החלקיקים הקטנים האלה? זה מה שנשאר מתאי העגבניות אחרי שהן עוברות את טיפול הקטשופ. והנוזל סביב החלקיקים האלה? זה בעיקר מים וקצת חומץ, סוכר, ותבלינים. כשקטשופ פשוט שוכב, העגבניות מחולקות באופן שווה ומחולקות באקראיות. עכשיו, בואו נגיד שאתם מפעילים כוח חלש ממש מהר. החלקיקים מתנגשים אחד בשני, אבל לא יכולים לזוז אחד מדרכו של השני, אז הקטשופ לא זורם, עכשיו, בואו נגיד שאתם מפעילים כוח חזק ממש מהר. הכוח הנוסף מספיק כדי למעוך את חלקיקי העגבניה, אז אולי במקום כדורים קטנים, הם נמעכים לאליפסות קטנות, ובום! עכשיו יש לכם מספיק מקום לקבוצה אחת של חלקיקים כדי לעבור אחרים והקטשופ זורם. עכשיו בואו נגיד שאתם מפעילים כוח מאוד חלש אבל לזמן ארוך מאוד. מסתבר, שאנחנו לא ממש בטוחים מה קורה במקרה הזה. אפשרות אחת היא שחלקיקי העגבניה ליד הקירות של המיכל נדחקים לאט למרכז, משאירים את המרק שבו הם הומסו, שזכרו שהוא בעצם מים, קרוב לקצוות. המים משמשים כמורידי חיכוך בין בקבוק הזכוכית והפקק המרכזי של הקטשופ, וכך הקטשופ זורם. אפשרות אחרת היא שהחלקיקים מארגנים את עצמם מחדש לאט להרבה קבוצות קטנות, שאז זורמות אחת על פני השניה. מדענים שחוקרים זרימת נוזלים עדיין חוקרים איך קטשופ וחבריו העליזים עובדים. קטשופ בעיקרון נהיה דליל יותר ככל שלוחצים חזק יותר, אבל חומרים אחרים, כמו אובלק או כמה חמאות בוטנים טבעיות, למעשה נעשות סמיכות יותר ככל שלוחצים חזק יותר. אחרים יכולים לטפס על מוטות מסתובבים, או להמשיך למזוג את עצמם מחוץ למבחנה, ברגע שגרמתם להם להתחיל. מנקודת מבט פיזיקלית, עם זאת, קטשופ הוא אחד הערובים המוזרים שקיימים. וכאילו שזה לא היה מספיק, שיווי המשקל של המרכיבים והנוכחות של מסמיכים טבעיים כמו גומי קסנתם, שגם נמצא בהרבה משקאות פירות ובמילקשייקים, יכול לגרום לזה ששני קטשופים שונים יכולים להתנהג שונה לחלוטין. אבל רובם יראו שתי תכונות עיקריות: דילול פתאומי בסף כוח, ודילול הדרגתי יותר אחרי שכוח קטן מופעל לזמן רב. וזה אומר שאתם יכולים להוציא את הקטשופ מהבקבוק בשתי דרכים: או לתת סדרה של ניעורים ארוכים ואיטיים ולדאוג שאתם לא מפסיקים את הכוח אף פעם, או שאתם יכולים להכות בבקבוק פעם אחת ממש, ממש חזק. מה שהמקצוענים האמיתיים עושים זה להשאיר את הפקק, לתת לבקבוק כמה ניעורים קצרים וחזקים כדי להעיר את כל חלקיקי העגבניות, ואז להוריד את המכסה ולשפוךי באופן מבוקר על הצ'פסים השמימיים שלהם.