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.
As batatas fritas são uma delícia. Batatas fritas com "ketchup" são um pedacinho do céu! O problema é que é praticamente impossível deitar a quantidade exata. Estamos tão habituados a deitar "ketchup" que nem reparamos no comportamento estranho que ele tem. Imaginem uma garrafa de "ketchup" cheia de aço sólido. Por mais que a sacudirmos, nunca sairá nenhum bocadinho de aço. Agora imaginem a mesma garrafa cheia de um líquido como a água. O líquido escorrerá como num sonho. Mas o "ketchup" não se decide. É um sólido? Ou é um líquido? A resposta é: depende. Os fluidos mais vulgares do mundo, como a água, os óleos e os álcoois, reagem à força, de forma linear. Se os pressionarmos com o dobro da força, movem-se duas vezes mais depressa. Sir Isaac Newton, o da maçã, foi o primeiro a afirmar esta relação, por isso, estes fluidos chamam-se "fluidos newtonianos". Mas o "ketchup" faz parte de um grupo de alegres infratores a esta regra, chamados "fluidos não newtonianos". A maionese, a pasta de dentes, o sangue, as tintas, a manteiga de amendoim e muitos outros fluidos reagem à força de modo não linear. Ou seja, a sua espessura aparente muda consoante a força, a duração e a velocidade com que os esprememos, O "ketchup" é não newtoniano de duas formas diferentes: Primeira: quanto maior a força aplicada, mais fino parece ficar. Abaixo de uma determinada força, o "ketchup" porta-se praticamente como um sólido. Mas se passarmos esse ponto de rotura, ele muda e torna-se mil vezes menos viscoso do que antes. Parece familiar, não é? Segunda: Se espremermos com uma força abaixo desse limiar, o "ketchup" acaba por começar a fluir. Neste caso, é o tempo e não a força o segredo para fazer sair o "ketchup" da sua prisão de vidro. Porque é que o "ketchup" se porta de modo tão bizarro? É feito à base de tomate pulverizado, esmagado, esmigalhado, de tomates esmagados até mais não. Veem estas partículas minúsculas? É o que resta das células dos tomates, depois do tratamento que as transforma em "ketchup". E o líquido à volta destas partículas? É sobretudo água, um pouco de vinagre, açúcar e especiarias. Quando o "ketchup" está em repouso, as partículas de tomate estão distribuídas ao acaso, uniformemente. Se aplicarmos uma força fraca mas muito rápida, as partículas chocam entre si mas não saem do caminho, por isso, o "ketchup" não escorre. Mas se aplicarmos uma força forte, muito depressa, essa força extra basta para esmagar as partículas de tomate. Assim, em vez de pequenas esferas, elas transformam-se em pequenas elipses e bum! Já há espaço suficiente para que algumas partículas passem sobre outras e o "ketchup" escorre. Mas, se aplicarmos uma força muito fraca durante muito tempo, acontece que não sabemos bem o que acontece neste cenário. Uma possibilidade é que as partículas de tomate junto das paredes do frasco sejam atiradas lentamente para o meio, deixando o caldo em que estão dissolvidas, — que é praticamente água — junto das paredes. Essa água serve como lubrificante entre o vidro do frasco e o conteúdo do "ketchup" no centro. Assim, o "ketchup" escorre. Outra possibilidade é que as partículas se rearranjam lentamente em pequenos grupos, que escorrem uns atrás dos outros. Os cientistas que estudam os fluidos investigam ativamente a dinâmica do "ketchup" e dos seus alegres compinchas. O "ketchup" fica menos denso quando o esprememos mas outras substâncias — o "oobleck" ou certas manteigas de amendoim, ficam mais espessas, quando as esprememos com mais força. Outras podem subir por hastes rotativas ou continuarem a escorrer de um jarro depois de começarem a fazê-lo. Porém, numa perspetiva da Física, o "ketchup" é uma das misturas mais complicadas. Como se isso não bastasse, o equilíbrio dos ingredientes e a presença de espessantes naturais, como a goma xantana, que também se encontra em muitos sumos e batidos, pode fazer com que "ketchups" diferentes tenham comportamentos diferentes. Mas a maioria mostra as duas propriedades distintas: diluição súbita, perante uma força limiar e diluição mais gradual depois de aplicada uma pequena força durante muito tempo. Assim, podemos tirar o "ketchup" do frasco de duas maneiras: com uma série de leves sacudidelas durante bastante tempo, desde que não deixemos de aplicar essa força, ou podemos sacudir o frasco uma só vez, com muita força. Os especialistas mantêm a tampa fechada, dão umas sacudidelas curtas e fortes para acordar todas as partículas de tomate e depois tiram a tampa e deitam uma dose controlada por cima das celestiais batatas fritas.