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.
Batatas fritas são uma delícia. Batatas fritas com ketchup são um pedacinho do céu. O problema é que é basicamente impossível entornar a quantidade exata. Estamos tão acostumados a entornar ketchup que não percebemos como é estranho o comportamento dele. Imagine um frasco de ketchup cheio de algo bem sólido, como o aço. Mesmo sacudindo bastante o frasco, o aço jamais sairia. Agora, imagine esse mesmo frasco cheio de líquido, como a água. Jorraria que é uma beleza. Mas o ketchup parece não conseguir se decidir. Ele é sólido? Ou é líquido? A resposta é: depende. O fluidos mais comuns do mundo, como a água, os óleos e os alcoóis respondem à força de forma linear. Se exercer sobre eles o dobro da força, eles se movem duas vezes mais rápido. Isaac Newton, famoso pela maçã, propôs inicialmente esta relação e, por isso, esses fluidos são chamados fluidos "newtonianos". Mas o ketchup faz parte de um grupo feliz de insubordinados lineares chamados de fluidos "não newtonianos". A maionese, a pasta de dente, o sangue, a tinta, a manteiga de amendoim e muitos outros fluidos reagem à força de forma não linear, ou seja, sua textura aparente muda, dependendo de quanta força é exercida, ou por quanto tempo, ou a que velocidade. E o ketchup é, na verdade, "não newtoniano" de duas formas. Primeira: quanto mais força exercer, mais ralo o ketchup parece ficar. Sob determinada força exercida, o ketchup se comporta basicamente como um sólido. Porém, uma vez ultrapassado o ponto de equilíbrio, ele muda suas propriedades e se torna mil vezes mais ralo que antes. Não é assim? Segunda: se exercermos força menor do que a força-limite, por fim, o ketchup vai começar a fluir. Neste caso, tempo, em vez de força, é o segredo para liberar o ketchup de sua prisão, o frasco. Pois bem. Então, o ketchup sempre se comporta de forma estranha? Bem, ele é feito de tomates pulverizados, esmagados, batidos e completamente destruídos. Vê estas pequenas partículas? É o que sobra das células dos tomates após passarem pelo processo de fabricação do ketchup. Vê o líquido em torno dessas partículas? É basicamente água e um pouco de vinagre, açúcar e condimentos. Quando o ketchup fica em repouso, as partículas de tomate ficam distribuídas uniforme e aleatoriamente. Bem, digamos que se aplique pouca força, bem rápido. As partículas se esbarram umas nas outras, mas não conseguem abrir espaço umas às outras. Assim, o ketchup não flui. Mas digamos que se aplique muita força, bem rápido. Essa força extra é suficiente para esguichar as partículas de tomates. Assim, talvez, em vez de pequenas esferas, elas sejam esmagadas em pequenas elipses e... bum! Agora há espaço suficiente para que um grupo de partículas ultrapasse o outro, e o ketchup flui. Agora, digamos que se aplique bem pouca força, mas por muito tempo. Acontece que não temos certeza do que acontece nessa situação. Uma possibilidade é a de que as partículas de tomate próximas à parede do recipiente vão lentamente para o meio, deixando a sopa em que estavam dissolvidas, que, lembremos, é basicamente água, próxima à parede. Essa água serve de lubrificante entre o recipiente e o tampão central do ketchup. Assim, o ketchup flui. Outra possibilidade é a de que as partículas se rearranjam lentamente em vários pequenos grupos, que, então, passam uns pelos outros. Cientistas que estudam o fluxo de fluidos ainda pesquisam ativamente como o ketchup e seus bons amigos funcionam. Basicamente, o ketchup fica mais ralo ao se exercer mais força, mas outras substâncias, como o "oobleck" ou algumas manteigas de amendoim naturais, na verdade, ficam mais encorpadas ao se exercer mais força. Outras podem subir através de canudos giratórios, ou continuar a ser despejadas de um recipiente, uma vez que começarem. Mas, de uma perspectiva de Física, o ketchup é uma das misturas mais complicadas que existem. E, como se não bastasse, o equilíbrio entre os ingredientes e a presença de espessantes naturais como a goma xantana, que também é encontrada em muitas bebidas de frutas e milkshakes, pode significar que dois ketchups diferentes se comportam de formas totalmente diferentes. Mas a maioria vai apresentar duas características denunciadoras: diluição repentina a uma força-limite e uma diluição mais gradual após a aplicação prolongada de uma pequena força. Isso significa que é possível tirar ketchup do frasco de duas formas: dando uma série de chacoalhadas longas e lentas, certificando-se de nunca parar de aplicar força, ou batendo no frasco uma única vez, com muita força. O que os verdadeiros profissionais mantêm a tampa fechada, dão algumas sacudidas curtas e certeiras para acordar todas as partículas de tomate, e então abrem a tampa, despejando o ketchup controladamente em suas batatas fritas maravilhosas.