白果
如果讓你徒手砸開椰子,這可能很難辦到,但有人用一塊口香糖就破開了一個椰子;古裝電視劇經(jīng)常出現(xiàn)“輕功水上漂”的場景,現(xiàn)實中也有人實現(xiàn)了。其實,這些神奇的現(xiàn)象都和一類物質(zhì)有關(guān)——非牛頓流體。
如果你往一盆水里加入大量淀粉,通過攪拌使之均勻混合,會得到一種非常濃稠的液體。接著,試著用力對液體打一拳,你會發(fā)現(xiàn),拳頭像打到固體一樣被反彈回來,這種液體竟然打不穿!這是為什么呢?
能流動的物體被統(tǒng)稱為“流體”,不過,不同流體的黏度不同,根據(jù)流體在外力作用下是否會發(fā)生黏度的變化,科學(xué)家將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。水、酒精等低黏性的流體屬于牛頓流體,因為無論用手怎么拍打它,黏度都不會發(fā)生改變;而混合后的淀粉溶液在一拳打上去后變硬了,在外力作用下黏度發(fā)生了改變,這屬于非牛頓流體。
每次經(jīng)過蛋糕店,小朋友們都喜歡停下來看烘焙師傅做蛋糕,只見他們用一個裱花袋擠出一個個漂亮的形狀。雖然袋子的出口很小,但擠出的奶油卻比出口要粗很多。這是因為奶油也屬于非牛頓流體,而這種膨脹現(xiàn)象正是來自于非牛頓流體的另一個特性——射流脹大效應(yīng),流體從管口擠出的速度越大,膨脹的程度也越大;而且,擠出的形狀相較于管口的形狀,也會稍微變化,如果管口是矩形,擠出來的就是膨脹的橢圓形。
當(dāng)我們在街邊買棉花糖時,制糖師傅會用一根棍子伸向機器的凹槽,再旋轉(zhuǎn)棍子,機器內(nèi)飄出來的糖絲會纏上棍子,然后自動向上“攀爬”,最后纏繞成球形的棉花糖。這同樣緣于非牛頓流體的一個特性:爬桿效應(yīng)。糖漿,蜂蜜都屬于非牛頓流體,你可以做一個實驗,在兩個碗里分別倒入水和蜂蜜,并用兩根筷子分別繞小圈攪動,你會發(fā)現(xiàn),在攪動下,水面中心會下陷,而蜂蜜則會“爬上”筷子。
拉面技術(shù)高超的師傅可以將面團拉成一條條極細(xì)的面條,這是因為非牛頓流體特性中的“無管虹吸”現(xiàn)象。你可以用針管在水中吸水,當(dāng)你把針管抽出來,水流一下子就斷了;如果水換成非牛頓流體,液體就不會被拉斷,而會被帶出水面,形成條狀。
當(dāng)一個人陷入沼澤時,他越掙扎會陷得越深。因為沼澤也屬于非牛頓流體,但與淀粉溶液正好相反,給沼澤施加的作用力越大,沼澤的黏度反而越小,導(dǎo)致人更容易陷進(jìn)去。這種非牛頓流體屬于“假塑性流體”,而淀粉溶液則屬于“脹塑性流體”。番茄醬往往在搖晃幾下之后更容易從瓶中流出,因為它也屬于假塑性流體,同類流體還有牙膏、酸奶、筆芯中的墨水等。
一些公司利用非牛頓流體的特性制作高科技產(chǎn)品。
波蘭一家公司利用非牛頓流體打造了一款液體防彈衣,這款防彈衣一旦被子彈射中,原本流動的液體會突然硬化、膨脹,對子彈沖擊的抵抗力急劇增大,同時伴隨著流體的體積膨脹,子彈的沖擊力被均勻地分散開。以往的防彈衣即使沒被子彈射穿,其產(chǎn)生的巨大沖擊力也可能給人造成重傷,而這款液體防彈衣卻能有效減小子彈對人體的傷害。
在許多道路上為了減緩車速,會設(shè)置一些減速帶,提醒司機減速。一旦車輛碾過,會產(chǎn)生明顯的震感;對于行車較慢的人來說,雖然震感較小,但同樣會產(chǎn)生顛簸。于是,西班牙一家公司用非牛頓流體制成液體減速帶,當(dāng)司機把車速降低到一定程度,車碾過去就像碾過水一樣,幾乎感覺不到震動;而當(dāng)車速較高時,減速帶里的液體會瞬間變硬,和傳統(tǒng)減速帶一樣,產(chǎn)生較大的震動。
非牛頓流體這些奇妙的特性激發(fā)了很多人的興趣,他們紛紛想出各種創(chuàng)意,利用非牛頓流體創(chuàng)造許多奇異的現(xiàn)象。
有的人舉行“水上漂”比賽,讓志愿者在玉米淀粉溶液表面上快速行走,看誰能成功地走到對面而不下沉;還有人在液面上玩后空翻、雙人跳繩等等。
有的人則將非牛頓流體放進(jìn)氣球里,并掛起來;接著朝氣球投過去一個鐵球,結(jié)果在氣球被砸開的一瞬間,非牛頓流體就像一個被砸碎的固體,碎塊四散開來。