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.
Cartofii prăjiți sunt delicioși. Cartofii prăjiți cu ketchup sunt ca o bucată de rai. Problema este că e aproape imposibil să torni cantitatea exactă. Suntem atât de obișuiti să punem ketchup, încât nu observăm cât de ciudat se comportă. Imaginează-ți o sticlă plină cu ceva solid precum fierul. Oricât ai scutura, fierul nu va ieși. Acum imaginează-ți aceeași sticlă plină cu ceva lichid ca apa. Aceasta ar curge ca un vis. Dar ketchup-ul pare că nu se poate hotărî. Este solid? Sau lichid? Răspunsul este că ... depinde. Cele mai comune fluide ca apa, uleiurile și alcoolul răspund liniar forței. Dacă apeși de două ori mai tare, se vor mișca de două ori mai rapid. Sir Issac Newton, celebru pentru măr, a propus această relație, așa că aceste fluide sunt numite fluide newtoniene. Dar ketchup-ul face parte dintr-un grup aparte care încalcă regula, numite fluide non-newtoniene. Maioneza, pasta de dinți, sângele, vopseaua, untul de arahide și multe alte fluide răspund neliniar forței. Astfel, densitatea lor se schimbă în funcție de cât de tare apăsăm sau cât de mult sau cât de rapid. Și ketchupul este non-newtonian în două moduri. Modul unu: cu cât apeși mai tare, cu atât pare că se subțiază. Sub o anumită forță de apăsare, ketchup-ul se comportă ca un solid. Dar după ce trecem de punctul limită, se modifică și devine de o mie de ori mai subțire. Sună cunoscut, nu? Al doilea mod: dacă apăsăm cu o forță sub limită, ketchup-ul începe sa curgă. În acest caz, timpul, nu forța, este cheia spre eliberarea ketchupului din închisoarea sa de sticlă. Și totuși, de ce se comportă ketchup-ul așa ciudat? Ei bine, e făcut din roșii, pulverizate, zdrobite, nimicite, roșii complet distruse. Vezi aceste particule mici? Sunt resturile celulelor de roșii după ce sunt tratate să fie transformate în ketchup. Iar lichidul din jurul particulelor? În mare parte e apă și oțet, zahăr și condimente. Când ketchup-ul stă, particulele de roșii sunt distribuite egal și la întâmplare. Să zicem că aplici o forță ușoară, dar foarte rapid. Particulele se ciocnesc între ele, dar nu au loc una de alta, așa că ketchup-ul nu curge. Acum, să zicem că aplici o forță puternică, foarte rapid. Această forță în plus reușește să înghesuie particulele de roșii, așa că în locul micilor sfere, vor fi elipse, și ... bum! Acum e îndeajuns loc pentru ca un grup de particule să treacă printre celelalte, și kechup-ul curge. Acum, să zicem că aplici o forță ușoară, dar pentru un timp îndelungat. Se pare că nu suntem siguri ce se întâmplă în cazul acesta. O posibilitate este ca particulele de lângă pereții containerului să fie împinse spre mijloc, lăsând supa în care erau dizolvate, care e, de fapt, apă, lângă colțuri. Acea apă are rolul de lubrifiant între sticla și mijlocul dopului, ca ketchup-ul să curgă. Altă posibilitate este că particulele își schimbă poziția, foarte încet, în grupuri micuțe, care curg unele pe lângă altele. Cercetătorii care studiază fluidele încearcă să afle cum funcționează ketchup-ul și prietenii săi. Ketchup-ul se subțiază cu cât împingi mai tare, dar alte substanțe, ca ooblek sau untul de arahide, se îngroașă cu cât apeși mai tare. Altele se duc înapoi ca pe un ax rotativ, sau continuă să curgă, o dată ce au început. Din perspectiva fizicii, totuși ketchup-ul este unul dintre cele mai complicate amestecuri. Ca și cum nu ar fi îndeajuns, raportul ingredientelor și prezența agenților de îngroșare ca guma xanthan, prezentă în multe băuturi de fructe și milkshake-uri, poate însemna că două ketchup-uri diferite se pot purta diferit. Dar majoritatea au două proprietăți: se subțiază la aplicarea forței, și gradual după ce o forță mică e aplicată pentru mult timp. Asta înseamnă că poți să scoți ketchup-ul din sticlă în două moduri: îl zdruncini încet, în serii lungi fără să aplici forță, sau lovești sticla o dată, foarte, foarte tare. Profesioniștii lasă dopul, zdruncină scurt de câteva ori sticla, să trezească particulele de roșii, apoi scot dopul și toarnă ușor și controlat peste cartofii divini.