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.
Frietjes zijn heerlijk. Frietjes met ketchup zijn hemels. Het probleem is dat het bijna onmogelijk is om precies de juiste hoeveelheid te schenken. We schenken zo veel ketchup, dat we niet beseffen hoe vreemd het zich gedraagt. Stel je een ketchupfles voor die gevuld is met staal. Hoe hard je ook schudt, het staal zal er niet uitkomen. Stel je nu diezelfde fles voor gevuld met water. Dat zou er eenvoudig uit komen stromen. Ketchup kan maar niet beslissen. Is het een vaste stof? Of is het een vloeistof? Het antwoord is: het hangt er van af. Gewone vloeistoffen als water, olie en alcohol reageren lineair op kracht. Als je twee keer zo hard drukt, bewegen ze twee keer zo snel. Isaac Newton, van de appel, bedacht deze relatie, dus noemt men dit Newtonse vloeistoffen. Maar ketchup hoort bij een clubje dat zich niet aan deze regels houdt: niet-Newtonse vloeistoffen. Mayonaise, tandpasta. bloed, verf, pindakaas en nog veel meer vloeistoffen reageren niet lineair op kracht. Dat houdt in dat hun oppervlakkige dichtheid verandert naarmate hoe hard, lang of snel je duwt. Ketchup is eigenlijk niet-Newtons op twee verschillende manieren. Ten eerste: hoe harder je duwt, hoe dunner het lijkt te worden. Onder een zekere drukkracht gedraagt ketchup zich als een vaste stof. Maar zodra je dat breekpunt voorbij bent, wordt het opeens duizend keer dunner dan het was. Komt het je bekend voor? Ten tweede: wanneer je drukt met een kracht onder de drempelkracht zal de ketchup uiteindelijk beginnen te stromen. Tijd, niet kracht, is in dit geval de sleutel om de ketchup te bevrijden. Dus, waarom doet ketchup zo vreemd? Nou, het is gemaakt van tomaten die zijn verpulverd, platgewalst en compleet vernietigd. Zie je al die kleine deeltjes? Dat is wat overblijft van tomatencellen nadat er ketchup van is gemaakt. En de vloeistof rond die kleine deeltjes? Dat is voornamelijk water, met wat azijn, suiker en kruiden. Als ketchup gewoon staat, zijn de tomaatdeeltjes gelijk en willekeurig verdeeld. Stel dat je nu snel een lichte kracht aanbrengt. De deeltjes botsen tegen elkaar, maar kunnen niet uit elkaars weg. Dus de ketchup stroomt niet. Stel dat je nu snel een sterke kracht aanbrengt. Die extra kracht is voldoende om de tomaatdeeltjes te pletten. Dus in plaats van kleine bolletjes, worden ze platgeslagen in kleine ellipsen en boem! Nu heb je genoeg ruimte om een groepje deeltjes langs elkaar te laten en de ketchup vloeit. Stel dat je nu een lichte kracht aanbrengt, maar dat lang doet. Het blijkt dat we niet zeker weten wat er dan gebeurt. Eén mogelijkheid is dat de tomaatdeeltjes aan de randen langzaam naar het midden botsen, waardoor de soep waarin ze opgelost zijn, wat eigenlijk water is, naar de randen loopt. Dat water werkt als smeermiddel tussen de glazen fles en de klodder ketchup in het midden, waardoor de ketchup vloeit. Een andere mogelijkheid is dat de deeltjes zich langzaam herschikken in kleine groepjes, die dan langs elkaar stromen. Wetenschappers die vloeistoffen bestuderen zijn nog steeds bezig uit te zoeken hoe ketchup en zijn vriendjes werken. Ketchup wordt eigenlijk dunner naarmate je harder drukt, maar substanties als oobleck of natuurlijke pindakaas worden juist dikker naarmate je harder drukt. Andere kunnen langs roterende stangen omhoog klimmen, of schenken zichzelf uit een bekerglas als je ze een zetje geeft. Vanuit natuurkundig oogpunt is ketchup één van de meer complexe mengsels. Alsof dat nog niet genoeg is, de balans van ingrediënten en verdikkingsmiddelen als Xanthaangom, dat ook in veel fruitdrankjes en milkshakes zit, kan betekenen dat twee soorten ketchup zich totaal anders kunnen gedragen. Maar de meeste zullen twee duidelijke eigenschappen hebben: plotselinge verdunning bij drempelkracht en een meer geleidelijke verdunning als lichte kracht gedurende een lange tijd wordt aangebracht. Dat betekent dat je op twee manieren ketchup uit een fles kan halen: ofwel een paar keer stevig en langzaam schudden, terwijl je er voor zorgt dat je steeds kracht blijft geven. Ofwel geef je de fles één harde tik. Echte profs laten de dop erop, schudden dan de fles een paar keer kort en hard om de tomaatdeeltjes los te maken, en halen daarna pas de dop eraf en schenken dan mooi gecontroleerd over die hemelse frietjes.