Er katte af fast eller flydende form?
Marc-Antoine Fardin, fra Université Paris Diderot, fik Ig Nobelprisen i fysik for at påvise, at katte kan antage flydende form.
kat parodi forskning nobelpris Ig 2017 priser vinde væske dyr fast stof

I 2017 gik Ig Nobelprisen blandt andet til forskning i, hvorvidt katte kan betegnes som væske. (Foto: Shutterstock)

I 2017 gik Ig Nobelprisen blandt andet til forskning i, hvorvidt katte kan betegnes som væske. (Foto: Shutterstock)

Partner The Conversation

Videnskab.dk oversætter artikler fra The Conversation, hvor forskere fra hele verden selv skriver nyheder og bringer holdninger til torvs

Væske defineres almindeligvis som en flydende substans, der kontinuerligt strømmer eller deformeres, som har et bestemt rumfang, men ikke en bestemt form, og som tilpasser sin facon til en beholder.

Og under bestemte forhold er det en definition, vi kan benytte om katte.

Denne noget paradoksale observation dukkede op på nettet for et par år siden i kølvandet på en lang række internet-memer, der omhandler vores firbenede venner.

Illustrerer en af rheologiens problemstillinger

Jeg lo højt den første gang, jeg stødte på spørgsmålet; dernæst begyndte jeg at spekulere.

Jeg besluttede mig for at omformulere spørgsmålet, så det illustrerer nogle af rheologiens nøgleproblemstillinger (rheologi er videnskaben for strømning af materialer, red.).

Mit studie omhandlende kattenes rheologi vandt Ig Nobel-prisen i fysik i 2017.

Ig Nobelprisen uddeles hvert år af 'Improbable Science', der er en organisation dedikeret til forskning og humor. 

Målet er at hædre bedrifter, der 'først får folk til at le, dernæst til at tænke', og prisoverrækkelsen foregår ved en årlig ceremoni ved Harvard University.

Ig Nobelpris-overrækkelsen i 2017. (Video: ImprobableResearch)

Hvad er en væske?

Definitionen af en væske centrerer omkring en handling: En substans skal være i stand til at tilpasse sig beholderens facon.

Denne handling er karakteriseret ved en vis varighed, som inden for rheologien kaldes afslapningstiden (‘relaxation time’, red.).

For at afgøre om et eller andet er af flydende form, skal det observeres over en vis tidsperiode, der er længere eller kortere end afslapningstiden.

Kattene tilpasser for eksempel deres form, så den passer til beholderen, hvis vi giver dem tid. Derfor er katte af flydende form, hvis vi giver dem nok tid.

Ikke en fastlagt, ufravigelig egenskab

Inden for rheologien er substansens tilstand egentlig ikke en fastlagt, ufravigelig egenskab – dét, der måles, er afslapningstiden.

Katte væske flydende fast form substans fysik Ig Nobel rheologi afslapningstid Deborah-tal Reynolds-tal Weissenbergs-tal hastighedsgradient dimensionsløs størrelse

En vandballon lige efter der er blevet prikket hul i den. I et meget kort øjeblik er vandet af fast form. (Foto: Sunil Soundarapandian/FlickrCC BY)

Hvad er dens værdi, og hvad er den afhængig af? Afhænger kattens afslapningstid eksempelvis af kattens alder? (Inden for rheologien taler vi om thixotropy).

Kan beholder-typen være en faktor? Inden for rheologien bliver det flittigt gransket. Vi kalder det 'wetting'-problemer (fugtning, red.). 

Eller varierer det i takt med kattens stressniveau (vi taler om 'shear thickening', hvis afslapningstiden stiger i takt med stressniveauet, eller 'shear thinning', hvis det modsatte finder sted).

Stress er selvfølgelig i ordets mekaniske betydning og ikke emotionelle, men betydningen overlapper til tider.

'Deborah-tallet' og bjergenes strømning

Katte afslører på tydeligste vis, at en fastlæggelse af substansens tilstand kræver, at vi sammenligner to tidsperioder: Afslapningstiden og eksperimentaltiden, som er svundet siden begyndelsen af deformationen igangsat af beholderen.

Det er for eksempel den tid, der er gået, siden katten trådte ned i håndvasken.

Almindeligvis deler man afslapningstiden med eksperimentaltiden, og hvis resultatet er mere end 1, er stoffet relativt fast. 

Katte væske flydende fast form substans fysik Ig Nobel rheologi afslapningstid Deborah-tal Reynolds-tal Weissenbergs-tal hastighedsgradient dimensionsløs størrelse

Definition af hastighedsgradienten. (Illustration: Wikipedia/The Conversation) 

Hvis resultatet er mindre end 1, er stoffet relativt flydende.

Det kaldes 'Deborah-tallet'; navngivet efter den bibelske præstinde, der bemærkede, at selv bjergene flød i den geologiske tidsskala (før Gud). På en mindre tidsskala kan vi selv se gletsjerne strømme.

Selv hvis afslapningstiden er meget lang (dage, år) kan adfærden være flydende, hvis Deborah-tallet er meget lille (i forhold til 1).

Omvendt; selv hvis afslapningstiden er meget kort (millisekunder) kan adfærden være fast, selv hvis Deborah-tallet er meget stort (i forhold til 1).

Det er for eksempel tilfældet, hvis vi observerer en vandballon i netop dét øjeblik, vi prikker hul på den.

Deborah-tallet er et eksempel på en dimensionløst størrelse: Fordi vi deler én tidsperiode med en anden, har ratioen ikke en enhed.

Inden for rheologien – og inden for andre videnskaber– findes der mange dimensionløse størrelser, der angiver, en substans’ tilstand eller form. 

Måling af kagedejens hastighed

For en flydende form gælder en anden dimensionløst størrelse, der kan estimeres på grundlag af, om væskestrømmen er turbulent (det vil sige med hvirveldannelser), eller om den flyder stille og roligt og følger beholderens facon (vi siger, at strømningen er laminar).

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Hvis strømningshastigheden er V, og beholderen har en typisk højde h vinkelret på strømmen, kan vi definere hastighedsgradienten V/h. Den inverse af denne hastighedsgradient (h/V) er en tid.

Hvis man sammenligner denne tid og afslapningstiden, får man Reynolds tal i tilfældet for væsker, der er domineret af inertien (som vand), eller Weissenbergs tal for væsker domineret af elasticiteten (som kagedej). Hvis disse dimensionsløse tal er store i forhold til 1, er strømningen sandsynligvis turbulent. Hvis de er små i forhold til 1, er strømningen sandsynligvis laminar.

Spørgsmålet 'Er katte af fast eller flydende form?' lod mig illustrere rheologiens brug af dimensionsløse tal.

Jeg håber, at det vil få andre til at le – dernæst til at tænke.

Marc Antoine Fardin har modtaget støtte fra Agence Nationale de la Recherche, Det Europæiske Forskningsråd og Fulbright Commission. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

Nyhed: Lyt til artikler

Du kan nu lytte til udvalgte artikler herunder. Du kan også lytte til de oplæste artikler i din podcast-app, hvor du finder dem under navnet 'Videnskab.dk - Lyt til artikler'.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om de nedenstående prisvindende billeder af stjernetåger og stjernefabrikker her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk