世界上最神奇的液体,“吃软不吃硬”,人人都可以“轻功水上漂”~

作者:流火 来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-06-24

涨知识了没有?

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神奇的口香糖开椰子实验

央视节目《加油!向未来》中曾经进行过这样一个实验:利用口香糖破开了坚硬的椰子外壳。如果你没有看过这个节目,那我们来回顾一下吧:

柔软的口香糖破开了坚硬的椰子。图片来源:央视网

柔软的口香糖破开了坚硬的椰子。图片来源:央视网

视频源自:腾讯视频

怎么样,看到这一幕,是不是感觉有点难以置信?甚至有的网友看完之后问:

手会受伤吗?图片来源:知乎

图片来源:知乎

事实上,就算你用手使非常大的力气拍到这样呈锥状的口香糖上,你的手部顶多会因为大力拍桌子而感到疼痛,但不会被戳烂的啦。为什么口香糖对我们人体无害,却能对椰子造成致命一击呢?

这是由于口香糖属于一个特殊的家族:非牛顿流体(又称剪切增稠流体)


02

柔软与坚硬的结合:非牛顿流体



要想明白什么是非牛顿流体,那我们需要从牛顿流体开始。

首先,任何一种流体的内部都具有粘性。我们所熟知的石油、沥青等流体的粘性就非常强;而纯净水、盐水、糖水等流体内部同样有粘性的存在,只是不那么明显。这种粘性在力学中被描述为“流体层间的剪切力”。

当我们大力搅拌这些流体时,它们内部的粘性就会增加。如果增加的粘性与我们搅拌的力度为线性关系,那么这种流体就叫做牛顿流体(力学描述为:“剪切力与剪切应变率为线性关系”)。而那些不成线性关系,粘性剧烈增强的流体就叫做非牛顿流体,又叫做剪切增稠流体。

手指抽出的速度略快了些,都产生了明显的粘性。

手指抽出的速度略快了些,都产生了明显的粘性。

手指抽出的速度略快了些,都产生了明显的粘性。图片来源:Youtube

翻译成大白话就是这样的:非牛顿流体在受力缓慢时,产生的阻力较弱;受力剧烈时,产生的阻力就会非常大,甚至会出现固体的形态。所以我们称之为“吃软不吃硬”,是一个实实在在的“矛盾体”。

我们日常生活中有着非常多的非牛顿流体,最典型的当属厨房里的淀粉溶液。如果你做过饭,那自然就知道,使劲搅拌淀粉溶液是很费劲的。

所以,猛烈砸下来的椰子壳外表很坚硬,可以激发出口香糖“坚硬的内心”,而我们手部非常柔软,正常情况下,大力拍打锥状口香糖是不可能受到严重伤害的!当然啦,如果你冲着科学家专门研制的剪切增稠液打上一拳,可能就会很疼了:

“坚硬“的剪切增稠液。图片来源:Youtube

“坚硬“的剪切增稠液。图片来源:Youtube


03

非牛顿流体还能这么玩

科学家们利用非牛顿流体的独特性质开发出了许多非常神奇的产品。例如,我们无法在水面上行走:

水面无法行走。图片来源:Youtube

水面无法行走。图片来源:Youtube

却可以在这种液体上行走如飞:

这种流体可以承载运动的物体。图片来源:Youtube

这种流体可以承载运动的物体。图片来源:Youtube

当然啦,如果保持静止不动,你就会深陷其中:

对静止物体则毫无作用。图片来源:Youtube

对静止物体则毫无作用。图片来源:Youtube

科学家们还将这种非牛顿流体应用在防弹衣上,将凯夫拉纤维侵泡在特制的剪切增稠液中,其抗弹能力可以得到极大的增加,从而可以大大减轻防弹衣的重量。

成规模生产的军用液体防弹衣。图片来源:央视新闻

成规模生产的军用液体防弹衣。图片来源:央视新闻

怎么样,即使是普通的口香糖,

背后竟然也有这么多奥妙!

下一次吃口香糖的时候,

一定别忘了和伙伴科普一下!

活动的小山

参考文献:

[1] 王振东. 奇妙的非牛顿流体[J]. 力学与实践, 1998, 20(1): 72-80.

[2] 徐钰蕾. 剪切增稠液的性能表征及其防护应用研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2012.

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