בניסוי הזה נכין חומר שמתנהג בצורה מוזרה – מצד אחד הוא נוזלי ומצד שני ברגע שלוחצים עליו ומפעילים עליו כוח, פתאום הוא נעשה נוקשה כמו חומר מוצק.

ציוד

  • 2 כוסות
  • כפית
  • עמילן תירס (קורנפלור)
  • מים
  • שקית פלסטיק קטנה

          
מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הערה בקשר ליחס הכמויות בין המים לעמילן: יש להוסיף מים לעמילן עד לא יותר ממחצית מנפחו. כלומר, אם משתמשים בחצי כוס עמילן יש להוסיף לו לכל היותר רבע כוס מים. הכמות המדויקת תלויה בלחות היחסית שקיימת בעמילן ומשתנה מיצרן ליצרן (וגם תלויה במקום שבו אתם מאחסנים את העמילן). לכן יש להוסיף את המים בהדרגה ולעצור ברגע שמגיעים לסמיכות הרצויה. אם נוצרת עיסה סמיכה מדי, אפשר להוסיף לה עוד קצת מים; אם היא דלילה מדי, אפשר להוסיף לה עוד עמילן, עד לקבלת עיסה בדרגת סמיכות בינונית כמו שרואים בסרט.

שימו לב! בסיום הניסוי אין לשפוך את עיסת העמילן לכיור, אלא להשליך אותו לפח, אחרת הוא עלול לעשות סתימה בביוב.

 

הסבר

העמילן המוצק הוא סוג של פולימר – כלומר מולקולה ענקית שבנויה מהרבה (פולי) יחידות (מר) שמחוברות יחדיו. עמילן ספציפית מורכב מהמון מולקולות של הסוכר גלוקוז המחוברות זו לזו. עמילן אמנם נמס במים באופן חלקי, אבל הוא יוצר בהם תמיסה סמיכה בין היתר בגלל מולקולות הענק שלו שיוצרות התנגדות לתנועה במים. (או אם לדייק יותר, הוא יוצר תרחיף שמולקולות העמילן המוצקות "מרחפות" בו בין מולקולות המים)

כשאנחנו מפעילים כוח על תמיסת העמילן במים, אנו מתנגשים במולקולות הענקיות של העמילן וגורמים להן להיצמד זו לזו ולכלוא ביניהן מולקולות קטנות של מים במבנה מוצק. כיוון שהמים הם החלק הנוזלי של התערובת, ברגע שהן נכלאות בין מולקולות העמילן, כל החלק של התמיסה שנלחץ הופך להיות מוצק וחסר יכולת תנועה (מחקר באמצעות מודל ממוחשב שבוצע בשנת 2014 מצא שמולקולות העמילן נצמדות בחוזקה זו לזו בגלל כוחות חיכוך חזקים הנוצרים ביניהן). ברגע שמפסיקים ללחוץ, מולקולות העמילן נפרדות, מולקולות המים שביניהן משתחררות והחומר חוזר להיות נוזלי כמו שהיה קודם לכן.

מעניין לציין

בגן המדע שבמכון ויצמן עושים לפעמים תחרות 'ריצה על המים', שבה ממלאים בריכה בתמיסת עמילן – ואפשר לרוץ בה על המים בלי לשקוע – בתנאי שרוקעים מספיק חזק על פני התמיסה. חשוב לרוץ ולרקוע כל הזמן – אם עומדים אפילו לרגע אחד, מיד שוקעים בבריכה.

חולות טובעניים מראים תופעה הפוכה לזו של תמיסת העמילן – שם דווקא כשזזים ומפעילים כוח, החול מתנהג כנוזל, ודווקא כשלא זזים החול מתנהג כחומר מוצק. לכן, אם מתחילים לשקוע בחול טובעני עדיף לא לזוז הרבה ולקרוא לעזרה. כדי להיחלץ מהחול צריך לנוע כמה שיותר לאט ובלי להפעיל כוח.

בנוסף – תראו מה קורה כששמים את התמיסה על רמקול חזק שמשמיע הרבה באסים (לא לנסות בבית!)

19 תגובות

  • טלי

    השלכת החומר לאחר הניסוי

    שלום רב,
    אנחנו מעוניינים לעשות ניסוי כזה בגן, עם שוקת גדולה ורדודה.
    החומר כבד מאד ולא ניתן יהיה להשליכו לפח.
    שאלתי היא האם הוא מתקשה כעבור זמן והופך למוצק (מה שיקל על השלכתו) או לחלופין האם ישנה דרך אחרת לרוקן ולהשליכו לפח. תודה!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מתייבש

    היי טלי
    החומר מתייבש חזרה כעבור זמן.
    פשוט תשאירו את השוקת הרדודה בשמש ליום-יומיים, כל המים יתאדו והעמילן יחזור למצב אבקתי יבש מוצק.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • מירי בורשטיין

    הניסוי

    שלום רב!,
    אין באפשרותי לראות את הסרטונים-חסימה אינטרנטית.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    הכתובת היא...

    הכתובת לתלונה כזו היא ספק האינטרנט שלך, שכנראה בהגדרות חוסם את הסרט. הסרט מוטמע באתר יוטיוב - תבקשי ממנו להסיר את החסימה ליוטיוב ואז תוכלי לראות את הסרט.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן ל מדע

  • נעמה

    פולימרים בגוף האדם

    האם תמיסה של סוכר ומים הם נוזלי הסיכה הפועלים במפרקים?
    האם הם פועלים בצורה דומה לתופעה הנ"ל?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    נוזל סיכה במפרקים

    היי נעמה

    בויקיפדיה באנגלית יש ערך מצויין על נוזלי הסיכה המפרקיים (ראי הקישור). כללית – הם מכילים בעיקר חומר בשם חומצה היאלורנית שהיא אכן פולימר של סוכר, בדומה לעמילן. וגם חומר סיכה נוסף בשם לובריסין / PRG4. ההתנהגות של הנוזל במפרקים הוא אכן 'לא ניוטיוני' (לא כמו נוזל רגיל) – מצד אחד הוא מתקשח כשמופעל עליו לחץ פתאומי חזק, ומהצד השני הוא הופך לפחות צמיגי כאשר מופעל עליו מתח מתמשך. כך גם מאפשר למפרקים להחליק טוב בזמן תנועה, וגם מגן עליהם בזמן מכה.

    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • נעמה

    פולימרים

    שלום ,

    האם ישנם עוד פולימרים בהם ניתן לצפות בתופעה זו?אם כן מהם?

    מה מיוחד בעמילן המאפשר את שני המצבים לעומת פולימרים אחרים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    המון

    המון המון חומרים מציגים את התופעה – למעשה כמעט כל תרחיף של פולימר בתוך נוזל כלשהו תציג התנהגות של נוזל 'לא ניוטיוני' (נוזל בו אין קשר ישר בין מאמצי הגזירה / כוחות המופעלים על הנוזל לבין קצב התנועה של הנוזל). דוגמאות: רפרפת (קרם ביצים ושמנת), קטשופ (בהתנהגות לא ניוטונית הפוכה לעמילן – הצמיגות שלו יורדת עם הלחץ, לכן קשה לקטשופ לזרום מהבקבוק בהתחלה, ואחרי שמתחיל – קל יותר), משחת שיניים, דם, חמאה, ריבה, מיונז, יוגורט, רוק, נזלת, פלאבר (תערובת של פולימר פולי-ויניל אלכוהול, מים ובורקס), סילי-פוטי (פולימר של סיליקון). לאחרונה פיתחו אפילו שיריון נגד כדורים (ראי בקישור) הפועל על אותו העיקרון (מבנה הפולימר הזה הוא סוד מסחרי).

    כך שאין כל ייחוד בעמילן, כאמור – זאת התנהגות דומה להמון המון פולימרים אחרים מרחפים (מלשון תרחיף) בנוזל.

    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • בתיה

    שלום

    שלום
    אשמח לקבל את הקישור המזכר בתשובתך - קישור לשיריון נגד כדורים. תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    בבקשה

    הנה הקישור - הוא גם מופיע בתגובה (בלחיצה על המילים 'שיריון נגד כדורים')
    https://youtu.be/QYE6jZEd2uw

  • מילי

  • ימית אטיאס

    מעוניינת בעוד רעיונות

    אני מדריכת תעסוקה לחולי אלצהיימר בבית אבות. אשמח לעשות איתם נסיונות ועוד. הרעיון מקסים
    מאוד אשמח לקבל המון רעיונות ליציר איתם.
    איך אוכל לקבל עוד סרטונים כאלה. הגעתי במקרה כי חיפשתי איך ליצור דבק מעמילן.
    בתודה מראש ימית

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    עשרות ניסויים באתר

    שלום ימית,
    הגעת למקום הנכון :-)
    תדפדפי באתר, במדור 'מדע בבית' (ראי הקישור) יש כבר עשרות ניסויים, כאשר כל שבועיים אנחנו מפרסמים ניסוי חדש.
    את יכולה גם להציץ ברשימת הניסויים המלאה.

  • ימית

    תודה

    אבי תודה על העצה אשתמש באתר הנהדר

  • אפרת

    הקפאת הצורות שנוצרות בעקבות הבאסים.

    אני לומדת עיצוב תעשייתי ורציתי לדעת אם יש אפשרות "להקפיא" את הצורות שנוצרות בעקבות תנודות הקול...הכוונה שלאחר התזוזות ישארו כמו שהם ויהפכו לקשיחות...וגם אם לאחר כמה זמן העמילן מקשיח? תודה רבה.. :)

  • עמיר

    לצלם ולהדפיס

    אולי אפשר לצלם במצלמות וידאו תלת-מימד מכל הכיוונים, אח''כ במחשב לבחור את התמונה שמוצאת חן בעיניך, אח''כ להדפיס במדפסת תלת-מימד.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    היי אפרת - באמת שאני לא יכול לחשוב על דרך שתעבוד ב-100%.
    העמילן לא מקשיח כעבור זמן (ובכל מקרה, בשנייה שהמוזיקה נפסקת והכוח עליו נפסק הוא הופך לנוזל).
    אולי תנסי להקפיא את הכל במהירות - עם חנקן נוזלי (זהירות) באם יש לך גישה לחומר, אם כי אני בספק אפילו אם הוא יהיה מספיק מהיר להקפיא - ואפילו אם כן, זה יצטרך להיות בהקפאה כל הזמן כדי לא לזלוג...
    אני גם לא יכול לחשוב על איזה חומר דבק שיתקשה מספיק מהר.
    אני מציע לך פשוט לצלם את הצורות שנוצרות מהרבה כיוונים, ואם יש לך כישרון פיסול, לפסל אותם מחדש לפי התמונות, מחומר אחר - וקשיח (למשל מגבס)

  • שלום

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    קמח ועמילן

    עקרונית, עמילן תפוחי-אדמה אמור להתנהג באופן דומה. שים לב שעדיף להשתמש בעמילן תפוחי אדמה, ולא בקמח תפוחי אדמה שבנוסף לעמילן מכיל את כל שאר מרכיבי התפוח (חלבונים, סיבים תזונתיים). עלי לציין שמעולם לא ניסיתי את הניסוי עם עמילן תפוחי אדמה, ויכול להיות שבגלל אורך מולקולות / שרשראות פולימר שונות בין העמילן בתפוחי האדמה לבין אלו שבתירס, ההתנהגות תהייה מעט שונה. והרי זה מהות המדע הניסויי - אשמח אם תבצע את הניסוי עם תפוחי אדמה ותדווח לנו על התוצאות.
    (להערכתי זה יצליח מצויין)
    אבי