Porque é que o molho ranch é líquido e sólido?

Imagine que está a jantar. Quer deitar um pouco de molho ranch no prato para molhar os legumes. Vira o recipiente ao contrário, mas não sai nada. Parece um sólido.

Depois abana a garrafa para cima e para baixo, e uma grande porção de molho cai no prato. Parece um líquido.

No entanto, o molho não se espalha pelo prato como o leite, ou qualquer outro líquido, faria se fosse derramado. Em vez disso, conserva alguma forma, tal como os legumes no prato. Parece um sólido.

Mas, sempre que mergulha uma cenoura ou um talo de aipo sólido nessa porção de molho, altera ligeiramente a sua forma. Pode até barrá-lo e espalhá-lo, mas a forma e a rigidez do aipo não são afectadas por esta brincadeira. Parece um líquido.

Então, o molho ranch é simultaneamente líquido e sólido? Ou não é nenhum dos dois?

Sou professora de Física e Biofísica, e a minha investigação centra-se na compreensão de materiais moles que combinam propriedades líquidas e sólidas. Os físicos chamam matéria mole a estes materiais.

No meu laboratório, estudamos o que torna materiais biológicos, como a pele e o ranho, moles e deformáveis - e como podemos desenvolver materiais inspirados na biologia com as mesmas propriedades fascinantes.

Também apresento um canal nas redes sociais, Physics Mama, onde os meus dois filhos e eu colocamos e respondemos a perguntas sobre a física do quotidiano.

Os estados fundamentais da matéria

Para perceber o que acontece com o molho ranch, é necessário compreender os diferentes estados da matéria e aquilo que distingue cada um deles. “Matéria” é simplesmente o termo científico para “coisas”: tudo o que é composto por blocos microscópicos chamados átomos e tem massa.

Provavelmente aprendeu na escola que existem três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Pense num cubo de gelo, numa poça de água e em vapor. Talvez também tenha aprendido sobre um quarto estado, chamado plasma.

Estes estados distintos são definidos pela forma como as moléculas extremamente pequenas que compõem a matéria interagem entre si. Essas moléculas são tão minúsculas que não consegue vê-las a olho nu. Ainda assim, as suas interacções invisíveis determinam as propriedades dos materiais que consegue observar.

Num sólido, as moléculas estão fisicamente ligadas umas às outras de uma forma que as impede de se moverem relativamente entre si. É isso que torna os sólidos rígidos e capazes de conservar uma forma fixa.

Já num líquido, as moléculas não estão ligadas entre si. Podem deslocar-se, deslizar umas pelas outras e misturar-se. Esta liberdade de movimento permite que um líquido adopte a forma de qualquer recipiente onde se encontre.

As moléculas de um gás têm total liberdade para se moverem, sem chocarem muito com as restantes moléculas do gás. Tal como um líquido, um gás assume a forma de qualquer recipiente e não tem uma forma fixa. Contudo, ao contrário dos líquidos e dos sólidos, os gases também conseguem alterar o seu tamanho ou volume.

O plasma assemelha-se a um gás, mas possui muito mais energia. Essa energia faz com que as partes electricamente carregadas das moléculas, chamadas protões e electrões, se separem. O Sol e as estrelas são exemplos de plasma, tal como o material que faz brilhar os letreiros de néon.

Elasticidade e viscosidade

Embora os sólidos mantenham a forma, não são totalmente rígidos. As ligações entre as moléculas funcionam como pequenas molas, dando aos sólidos elasticidade.

Quando exerce pressão sobre um sólido, ele deforma-se, mas regressa ao estado original assim que deixa de o pressionar, à semelhança do colchão quando salta na cama. Naturalmente, isto ocorre ao nível molecular, pelo que não é possível vê-lo acontecer.

Apesar de os líquidos mudarem de forma com facilidade, também resistem a essa alteração devido ao atrito entre as suas moléculas quando tentam passar umas pelas outras. A este atrito chama-se viscosidade.

Líquidos como o mel ou o xarope são muito mais viscosos do que o leite ou a água, o que torna mais difícil mexê-los. Imagine tentar nadar numa piscina cheia de mel - delicioso, mas complicado.

Um quinto estado: a matéria mole e o molho ranch

Na realidade, o molho ranch corresponde a um quinto estado da matéria, conhecido como matéria mole. A matéria mole pode apresentar propriedades tanto de líquidos como de sólidos, por isso os cientistas dos materiais dizem que é viscoelástica - uma combinação de viscoso e elástico.

Outros exemplos comuns de matéria mole incluem iogurte, massa de bolachas, champô, pasta de dentes, massa elástica, ranho, slime e cobertura de bolo.

Estas substâncias não são bem sólidas nem bem líquidas - são um pouco das duas coisas. Pode verter champô de uma garrafa, mas, se colocar uma pequena quantidade entre os dedos e os afastar, o champô estica-se entre eles.

A massa de bolachas consegue manter a própria forma, mas, se a pressionar, deforma-se e não recupera a forma inicial.

Muitos materiais viscoelásticos apresentam adelgaçamento por cisalhamento, o que significa que a sua viscosidade diminui quanto mais são agitados.

É por isso que abanar uma garrafa de molho ranch ou de ketchup permite vertê-lo: antes de a abanar, tinha um comportamento demasiado semelhante ao de um sólido para sair da garrafa. Explica também por que razão um iogurte que parece bastante sólido e capaz de manter a forma se torna mais parecido com um líquido quando é mexido rapidamente.

Os materiais moles também podem apresentar espessamento por cisalhamento: tornam-se mais rígidos quanto maior for a força aplicada para os deformar. É assim que funciona o Oobleck, uma mistura simples de amido de milho e água. Pode vertê-lo lentamente e mergulhar a mão nele, como em qualquer outro líquido, mas, se o apertar ou agitar, solidifica.

Moléculas diferentes nos materiais moles

A razão pela qual estes materiais deformáveis têm propriedades líquidas e sólidas é serem constituídos por polímeros: moléculas longas, em forma de cadeia. Estas cadeias extensas ficam muito emaranhadas, como uma taça de esparguete, estando de certo modo ligadas, como as moléculas de um sólido, mas também relativamente livres para deslizar umas pelas outras, como as moléculas de um líquido.

A maior parte do molho ranch comprado em loja contém goma xantana, um polímero natural utilizado para engrossar e estabilizar muitos alimentos.

Por isso, da próxima vez que tentar verter molho ranch da garrafa, pode imaginar os polímeros de goma xantana todos emaranhados entre si, fazendo com que o molho se comporte como um sólido.

Ao abanar a garrafa, está a desembaraçar os polímeros, permitindo-lhes deslizar e fluir uns pelos outros. Assim, o molho consegue sair facilmente da garrafa e chegar ao prato.

Rae Robertson-Anderson, Professora de Física e Biofísica, Universidade de San Diego

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.