非牛顿流体:你柔它也柔,你强它则刚

如果让你徒手砸开椰子,这可能很难办到,但有人用一块口香糖就破开了一个椰子;古装电视剧经常出现“轻功水上漂”的场景,现实中也有人实现了。其实,这些神奇的现象都和一类物质有关——非牛顿流体。

拳头打不穿的液体

如果你往一盆水里加入大量淀粉,通过搅拌使之均匀混合,会得到一种非常浓稠的液体。接着,试着用力对液体打一拳,你会发现,拳头像打到固体一样被反弹回来,这种液体竟然打不穿!这是为什么呢?

能流动的物体被统称为“流体”,不过,不同流体的黏度不同,根据流体在外力作用下是否会发生黏度的变化,科学家将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。水、酒精等低黏性的流体属于牛顿流体,因为无论用手怎么拍打它,黏度都不会发生改变;而混合后的淀粉溶液在一拳打上去后变硬了,在外力作用下黏度发生了改变,这属于非牛顿流体。

奶油“蓬松”的秘密

每次经过蛋糕店,小朋友们都喜欢停下来看烘焙师傅做蛋糕,只见他们用一个裱花袋挤出一个个漂亮的形状。虽然袋子的出口很小,但挤出的奶油却比出口要粗很多。这是因为奶油也属于非牛顿流体,而这种膨胀现象正是来自于非牛顿流体的另一个特性——射流胀大效应,流体从管口挤出的速度越大,膨胀的程度也越大;而且,挤出的形状相较于管口的形状,也会稍微变化,如果管口是矩形,挤出来的就是膨胀的椭圆形。

棉花糖的旋转魔法

当我们在街边买棉花糖时,制糖师傅会用一根棍子伸向机器的凹槽,再旋转棍子,机器内飘出来的糖丝会缠上棍子,然后自动向上“攀爬”,最后缠绕成球形的棉花糖。这同样缘于非牛顿流体的一个特性:爬杆效应。糖浆,蜂蜜都属于非牛顿流体,你可以做一个实验,在两个碗里分别倒入水和蜂蜜,并用兩根筷子分别绕小圈搅动,你会发现,在搅动下,水面中心会下陷,而蜂蜜则会“爬上”筷子。

拉面为何越拉越长

拉面技术高超的师傅可以将面团拉成一条条极细的面条,这是因为非牛顿流体特性中的“无管虹吸”现象。你可以用针管在水中吸水,当你把针管抽出来,水流一下子就断了;如果水换成非牛顿流体,液体就不会被拉断,而会被带出水面,形成条状。

沼泽为什么越陷越深

当一个人陷入沼泽时,他越挣扎会陷得越深。因为沼泽也属于非牛顿流体,但与淀粉溶液正好相反,给沼泽施加的作用力越大,沼泽的黏度反而越小,导致人更容易陷进去。这种非牛顿流体属于“假塑性流体”,而淀粉溶液则属于“胀塑性流体”。番茄酱往往在摇晃几下之后更容易从瓶中流出,因为它也属于假塑性流体,同类流体还有牙膏、酸奶、笔芯中的墨水等。

非牛顿流体的“黑科技

一些公司利用非牛顿流体的特性制作高科技产品。

液体防弹衣

波兰一家公司利用非牛顿流体打造了一款液体防弹衣,这款防弹衣一旦被子弹射中,原本流动的液体会突然硬化、膨胀,对子弹冲击的抵抗力急剧增大,同时伴随着流体的体积膨胀,子弹的冲击力被均匀地分散开。以往的防弹衣即使没被子弹射穿,其产生的巨大冲击力也可能给人造成重伤,而这款液体防弹衣却能有效减小子弹对人体的伤害。

液体减速带

在许多道路上为了减缓车速,会设置一些减速带,提醒司机减速。一旦车辆碾过,会产生明显的震感;对于行车较慢的人来说,虽然震感较小,但同样会产生颠簸。于是,西班牙一家公司用非牛顿流体制成液体减速带,当司机把车速降低到一定程度,车碾过去就像碾过水一样,几乎感觉不到震动;而当车速较高时,减速带里的液体会瞬间变硬,和传统减速带一样,产生较大的震动。

玩转非牛顿流体

非牛顿流体这些奇妙的特性激发了很多人的兴趣,他们纷纷想出各种创意,利用非牛顿流体创造许多奇异的现象。

有的人举行“水上漂”比赛,让志愿者在玉米淀粉溶液表面上快速行走,看谁能成功地走到对面而不下沉;还有人在液面上玩后空翻、双人跳绳等等。

有的人则将非牛顿流体放进气球里,并挂起来;接着朝气球投过去一个铁球,结果在气球被砸开的一瞬间,非牛顿流体就像一个被砸碎的固体,碎块四散开来。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:03。
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