Penemuan terbaru dari laboratorium Drexel University mengungkap fenomena yang selama ini dianggap mustahil dalam fisika cairan: cairan sederhana non-elastis mampu mengalami fraktur getas (brittle fracture) layaknya kaca atau porselen. Peneliti Thamires Lima, profesor penelitian di departemen teknik kimia, mendengar suara retak keras saat meregangkan campuran hidrokarbon hitam kental antara dua pelat logam menggunakan metode reologi ekstensional. Alih-alih mengalir dan menyesuaikan bentuk seperti halnya madu atau melas, cairan itu justru patah mendadak dengan suara "pop" yang nyaring, mengejutkan seluruh tim peneliti.
Kejadian itu terjadi selama proyek kolaborasi dengan perusahaan minyak dan gas ExxonMobil, di mana Lima mempelajari sifat alir cairan kental seperti polipropilena dan minyak mentah. Secara konvensional, cairan sederhana (simple fluids) didefinisikan sebagai bahan yang hampir tidak memiliki komponen elastis; saat diberi tegangan, molekul-molekulnya hanya berearrangement dan mengalir. Fraktur getas selama ini diketahui hanya terjadi pada padat getas atau cairan kompleks viskoelastis—seperti polimer terurai—yang memiliki rantai molekul panjang yang saling terbelit dan menyimpan energi elastis. Temuan Lima membantah dogma fundamental ini.
Untuk memastikan fenomena ini bukan kecelakaan acak, Lima mengulang eksperimen berkali-kali dengan hasil yang konsisten: setiap kali cairan ditarik melebihi batas kritis, pecah terjadi. Rekaman kamera kecepatan tinggi memperlihatkan pola retak yang identik dengan fraktur getas pada padat: nucleasi retak di titik cacat nanometer, diikuti propagasi katastrofik. Nicolas J. Alvarez, profesor teknik kimia yang memimpin laboratorium, menyatakan bahwa ini adalah bukti pertama yang nyata bahwa cairan sederhana bisa pecah tanpa elastisitas. "Kita selalu mengira elastisitas adalah prasyarat mutlak untuk pecah tipe padat," ujar Alvarez. "Kini kita harus menuliskan ulang pemahaman kita tentang batas-batas mekanika cairan."
Teori lama mulai digali kembali, khususnya karya Daniel D. Joseph, insinyur mekanik dari University of Minnesota, yang pada 1995 dan 1998 memprediksi bahwa *setiap* cairan—tanpa peduli elastisitasnya—dapat mengalami fraktur jika tegangan tarik (tearing stress) melebihi ambang kohesi molekuler. Joseph berargumen bahwa kohesi antar molekul, bukan elastisitas, adalah kunci. Ketika molekul ditarik cukup keras, gelembung-gelembung nanoscopis (cavitation) terbentuk. Pada cairan viskoelastis, gelembung itu ditahan oleh jaringan polimer; namun pada cairan sederhana, jika nucleasi gelembung terjadi beruntun dengan cepat, mereka bisa bergabung membentuk retak makroskopis yang merambat secepat kelaziman fisika mengizinkan.
Data eksperimen mendukung hipotesis ini. Pada penelitian sebelumnya tim Drexel, retak pada polistirena terurai merambat sekitar 0,07 meter per detik. Di studi terbaru ini, kecepatan propagasi retak pada cairan hidrokarbon sederhana jauh lebih cepat—mendekati batas teoritis kecepatan suara dalam medium tersebut—karena tidak ada elastisitas yang menghambat pelepasan energi. Brato Chakrabarti, fisikawan dari International Centre for Theoretical Sciences di Bengaluru, menilai temuan ini memaksa para ilmuwan merevisi kerangka teoritis fraktur cairan: "Jika tidak ada elastisitas, bagaimana kita memodelkan inisiasi dan pertumbuhan retak? Ini membuka babak baru dalam reologi non-linear."
Mekanisme kavitasi memainkan peran sentral. Pada propeller kapal atau pompa industri, kavitasi biasanya dianggap merusak karena gelembung yang meledakkan menghasilkan gelombang kejut. Namun penelitian ini menunjukkan kavitasi juga bisa menjadi *penyebab* fraktur struktur cairan itu sendiri. Alvarez berhipotesis bahwa energi kohesif—gaya van der Waals dan interaksi hydrogen yang menahan molekul bersama—adalah parameter fundamental yang menentukan apakah cairan akan mengalir atau pecah. Jika laju tegangan melebihi kemampuan cairan merekrut ulang molekul ke zona retak, fraktur getas menjadi tak terhindarkan.
Implikasi praktis temuan ini sangat luas, terutama bagi industri minyak dan gas, pemrosesan polimer, dan desain sistem hidrolik bertekanan tinggi. Dalam pengeboran sumur minyak, misalnya, lumpur pengeboran (drilling mud) adalah cairan kompleks yang dirancang untuk tidak pecah di bawah tekanan ekstrem. Memahami batas fraktur cairan sederhana yang terkandung di dalamnya—seperti fraksi ringan minyak mentah—bisa mencegah kegagalan sumur atau kebocoran tak terduga. Di bidang manufaktur aditif (3D printing), tintanya sering kali cairan sederhana; mengetahui batas fraktur memungkinkan pengoptimalan kecepatan cetak tanpa defect struktural.
Bagi ekosistem riset dan industri di Indonesia, temuan ini relevan secara khusus. Sebagai negara penghasil minyak dan gas serta memiliki industri petrokimia yang berkembang, pemahaman baru tentang perilaku fraktur cairan hidrokarbon bisa menginformasikan desain pipa, pompa, dan prosesor yang lebih andal di lingkungan tropis bertekanan tinggi. Selain itu, kolaborasi antara universitas dan industri—seperti model Drexel-ExxonMobil—menjadi teladan bagi kemitraan riset di dalam negeri. Masa depan reologi tidak lagi hanya soal "mengalir atau tidak", tapi "pecah atau tidak", dan Indonesia harus siap mengadopsi paradigma ini.