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.
Kentang goreng itu enak. Kentang goreng dengan saus tomat terasa seperti surga. Masalahnya, kita tak pernah bisa menuangkan saus tomat dalam jumlah yang pas. Kita sudah sering menuang saus tomat sampai kita tak sadar betapa anehnya saus ini. Bayangkan sebuah botol saus tomat yang terisi dengan baja. Bajanya tak mungkin keluar meskipun kita kocok dengan kencang. Sekarang bayangkan botol yang sama terisi dengan air. Pasti akan sangat mudah dituang. Tetapi saus tomat tidak seperti keduanya. Apakah ia padat? Atau cair? Jawabannya, itu tergantung. Cairan umum seperti air, minyak, dan alkohol bereaksi secara linier terhadap gaya. Jika kita dorong dua kali lebih kencang, mereka bergerak dua kali lebih cepat. Sir Isaac Newton, sang fisikawan, pertama kali merumuskan hal ini, sehingga mereka disebut cairan Newtonian. Tapi saus tomat termasuk ke dalam jenis cairan lain yang bernama cairan Non-Newtonian. Mayones, pasta gigi, darah, cat, selai kacang dan cairan lain bereaksi terhadap gaya secara non-linier. Maksudnya, kekentalan mereka bisa berubah tergantung seberapa keras, lama, atau cepat kita menuangnya. Dan saus tomat bersifat Non-Newtonian dalam dua cara berbeda. Pertama: semakin keras kita tuang, semakin encer saus tomatnya. Di bawah gaya dorongan tertentu, saus tomat berperilaku seperti benda padat. Tetapi sekali kita melewati titik itu, ia menjadi seribu kali lipat lebih encer. Terdengar akrab bukan? Kedua: walaupun kita tuang dengan tenaga yang kecil lama kelamaan, saus tomatnya pasti akan mengalir. Dalam hal ini, bukan tenaga, tapi waktu yang membebaskan saus itu dari penjara kacanya. Oke, jadi kenapa saus tomat sangat aneh? Ya, karena ia terbuat dari tomat yang dipotong, digiling, dan benar-benar dihancurkan. Lihat butiran-butiran kecil ini? Inilah sisa dari sel-sel tomat setelah mereka menjadi saus. Dan cairan di sekitarnya? Sebagian besarnya adalah air, cuka, gula, dan rempah-rempah. Saat saus tomat hanya diletakkan, partikel-partikel tomat ini tersebar dengan merata. Lalu, bayangkan kita kocok dengan tenaga kecil tapi cepat. Partikel ini saling bertabrakan, tapi tak bisa keluar, jadi sausnya tidak mengalir. Sekarang, bayangkan jika kita kocok dengan kuat dan cepat. Tenaga itu cukup untuk menggepengkan partikel tomat yang tadinya bulat, menjadi lonjong, dan duar! Sekarang partikelnya bisa melewati satu sama lain dan saus tomatnya pun mengalir. Sekarang, bayangkan kita kocok dengan pelan tapi lama. Sebenarnya, kita juga tidak tahu apa yang terjadi. Mungkin partikel tomat yang berada di dekat dinding botol perlahan-lahan bergerak ke tengah, meninggalkan cairan pelarutnya, yang merupakan air, di sisi pinggir. Air ini menjadi pelumas antara botol sausnya dan para partikel tomat di tengah, sehingga sausnya pun mengalir. Atau mungkin, para partikel ini pelan-pelan bergabung menjadi sekelompok partikel, yang kemudian mengalir. Ilmuwan yang mempelajari cairan masih mempelajari cara kerja saus tomat dan teman-teman lainnya. Saus tomat semakin encer saat dikocok dengan kencang, tapi cairan lain, seperti <i>oobleck</i> atau selai kacang, akan jadi semakin kental saat dikocok dengan keras. Ada cairan yang bisa memanjat batang yang berputar, atau terus mengalir dari sebuah gelas kimia, sekali dia dituang. Tapi, dari segi ilmu fisika, saus tomat adalah salah satu campuran yang paling rumit. Selain itu, komposisi bahan dan pengental alami seperti gom Xanthan, yang juga ditemukan di minuman buah dan susu kocok, berarti dua jenis saus tomat yang berbeda dapat memiliki sifat yang berbeda. Tapi kebanyakan akan memiliki dua sifat utama: mengencer dengan cepat pada gaya yang besar, dan mengencer secara perlahan setelah diberikan gaya kecil untuk waktu yang lama. Berarti, kita bisa menuang saus tomat dengan dua cara: dikocok dengan pelan untuk waktu yang lama tanpa berhenti, atau kita bisa menepuk botolnya sekali dengan sangat keras. Tapi, orang yang ahli akan tetap menutup botolnya, mengocoknya sedikit untuk membangunkan para partikel tomat, lalu membuka tutupnya sebelum menuang sausnya ke atas kentang goreng yang lezat.