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.
Le patatine fritte sono deliziose. Col ketchup poi sono celestiali. Il problema è che è praticamente impossibile versarne la quantità giusta. Siamo così abituati a versare il ketchup che non ci rendiamo conto di quanto sia strano il suo funzionamento. Immaginate una bottiglia di ketchup riempita con un solido duro come l'acciaio. Nessun tipo di scuotimento farebbe venire fuori l'acciaio. Ora immaginate la stessa bottiglia piena di un liquido come l'acqua. Si verserebbe benissimo. Il ketchup, però, non si sa come sia. Un solido o un liquido? La risposta è: dipende. I fluidi più comuni al mondo come acqua, olio e alcool rispondono alla forza linearmente. Se si preme su di loro due volte più forte, si muovono due volte più velocemente. Isaac Newton è stato il primo a proporre questa relazione, per cui questi fluidi sono chiamati "fluidi Newtoniani". Il ketchup, però, è parte di un'"allegra banda di trasgressori della norma" chiamata "fluidi non-Newtoniani". Maionese, dentifricio, sangue, vernice, burro d'arachidi e molti altri fluidi, rispondono alla forza in modo non lineare. Ciò significa che la loro apparente densità cambia in base alla forza con cui premiamo, per quanto tempo e con quanta velocità. Il ketchup è Non-Newtoniano in due modi differenti. Il primo è che più forte premi, meno ketchup sembra uscire. Sotto una certa forza, il ketchup si comporta come un solido. Ma una volta passato questo stadio, cambia e diventa molto più liquido di quanto non fosse prima. È accaduto anche a voi? Il secondo modo è che se si preme con meno forza alla fine il ketchup comincerà a scorrere. In questo caso è il tempo, e non la forza, a sciogliere il ketchup dal suo stato solido. Perché, quindi, il ketchup si comporta in modo strano? È fatto di pomodori, polverizzati, schiacciati, completamente distrutti. Vedete queste minuscole particelle? Questo è ciò che rimane dei pomodori dopo essere stati macinati per fare il ketchup. E il liquido intorno a queste particelle? È fatto principalmente di acqua e aceto, zucchero e spezie. Quando il ketchup è fermo da qualche parte le particelle di pomodoro sono equamente distribuite in modo casuale. Ora, poniamo il caso che applichiate una forza debole molto velocemente. Le particelle urtano l'una con l'altra, ostacolandosi a vicenda per uscire, quindi il ketchup non fluisce. Ora, invece, applichiamo una gran forza, molto velocemente. Questa forza extra è in grado di schiacciare le particelle di pomodoro, così invece che in piccole sfere, si sfracellano in piccole ellissi e boom! Ora c'è abbastanza spazio perché un gruppo di particelle sorpassi le altre e il ketchup sgorghi. Ora applichiamo una forza debole ma per molto tempo. Non siamo esattamente sicuri di ciò che avviene in questo caso. Forse le particelle di pomodoro vicine alle pareti del contenitore avanzano, urtandosi lentamente, verso il centro, lasciando il sugo nel quale essi sono dissolti, che è essenzialmente acqua, vicino ai bordi. L'acqua serve da lubrificante tra la bottiglia di vetro e il foro centrale del ketchup, così il ketchup fluisce. Un'altra possibilità è che le particelle si ri-ordinino lentamente in piccoli gruppi, che poi scorrono l'uno accanto all'altro. Gli scienziati che studiano la dinamica dei fluidi stanno cercando di capire come funzionano il ketchup e i suoi "allegri amici". Quindi, il ketchup sgorga poco se premi forte, invece altre sostanze, come il burro d'arachidi, sgorgano di più se premi forte. Altre sostanze possono arrampicarsi su cannucce rotanti, oppure continuare a versarsi da una brocca, una volta che li hai avviati. Da una prospettiva fisica, comunque, il ketchup è uno dei composti più complicati. E come se non bastasse, l'equilibrio degli ingredienti e la presenza di addensanti naturali come la gomma xanthan che si trova anche in molte bevande alla frutta e nei frappé, può significare che due differenti tipi di ketchup possono comportarsi in modi completamente diversi. Ma più di tutto questo mostra due proprietà rivelatrici: un improvviso assottigliamento con una forza all'estremo, e uno più graduale con una forza minore applicata per un lungo tempo. Ciò vuol dire che si può versare il ketchup dalla bottiglia in due modi: sia dandogli una serie di lunghi, lenti e languidi scuotimenti assicurandoti di non allentare la forza, oppure con un solo colpo alla bottiglia, molto forte. Quello che fanno i veri professionisti è tenere il tappo, scuotere un po' la bottiglia per "risvegliare" le particelle di pomodoro e poi togliere il tappo e versarlo in modo controllato sulle celestiali patatine fritte.