Een vreemde vorm die wiskundige Lord Kelvin in 1871 beschreef, hebben Amerikaanse wetenschappers dankzij 3D-printen eindelijk volledig kunnen bestuderen in de echte wereld. Kelvin voorspelde dat de vorm zich ongewoon zou gedragen in een vloeistof – maar het lijkt er nu op dat hij ongelijk had.

In recent onderzoek hebben Amerikaanse wetenschappers vijf verschillende vormen ge-3D-print, die mogelijk een isotrope helicoïde zijn. Het gedrag van een isotrope helicoïde is beschreven in handboeken over vloeistofdynamica, maar was tot nu toe nog nooit rechtstreeks gemeten. Helaas hebben de onderzoekers het gedrag waarop ze hoopten nog niet kunnen spotten.

Een isotrope helicoïde moet dezelfde luchtweerstand van een vloeistof ondervinden ongeacht zijn oriëntatie, zoals een bol. Maar de vorm moet ook draaien als hij door de vloeistof beweegt. Dus als je een isotrope helicoïde laat zakken in een tank met stroperige vloeistof, moet hij draaien terwijl hij zinkt, net als een propeller.

Fabricagefout

Biofysicus en scheikundige Greg Voth van de Wesleyan-universiteit in het Amerikaanse Middletown en zijn collega’s lieten de vijf vormen, elk met een diameter van iets meer dan een centimeter, vallen in een tank met siliconenolie. Ze konden bij geen enkele vorm rotatie waarnemen. Dat betekent dat de voorspellingen voor een isotrope helicoïde mogelijk niet kloppen.

‘Je zou toch denken dat iemand anders dit in de afgelopen 150 jaar heeft geprobeerd. In Kelvins oorspronkelijke artikel klinkt het zelfs alsof hij dat zelf heeft gedaan’, zegt Voth. ‘Ik vermoed dat mensen hebben geprobeerd om deze deeltjes te fabriceren, maar dat defecten in het maakproces ze tegenzaten, waardoor ze hun onderzoek gewoonweg niet hebben gepubliceerd. De hypothese van het gedrag is dus nooit weggegaan.’

Kleine koppeling

Nadat ze in de hydrodynamische effecten die een rol speelden waren gedoken, berekenden de onderzoekers dat er bijna zeker een verband, of koppeling, was tussen de beweging en de rotatie van hun deeltjes. Dat betekent dat ze voldeden aan de criteria van Kelvin. Maar die koppeling was veel te klein om een detecteerbaar effect te hebben.

Voth werkt nu samen met zijn team aan de bouw van een isotrope helicoïde waarbij die koppeling wel meetbaar zou zijn, wat eindelijk zou laten zien dat het idee van Lord Kelvin klopt.