非牛顿流体怎么做

　　非牛顿流体怎么做推荐文章1：

　　非牛顿流体怎么做推荐文章2：不可思议的非牛顿流体

　　国内某亲子节目中，节目组导演给小朋友们出了一个难题：如何用口香糖砸开椰子？只见小朋友们把口香糖捏成尖锥体，用力将椰子快速砸向口香糖，椰子便被砸开了。看到这一幕，你一定觉得节目组是为了节目效果而做的虚假实验。其实这是利用了非牛顿流体特性的实验。读完这篇文章之后，你会豁然开朗，甚至可能会迫不及待地想动手做这个实验呢。

　　牛顿流体VS非牛顿流体

　　想要了解非牛顿流体，首先我们得先知道流体是什么。流体是与固体相对应的物体形态，是液体和气体的总称，它的基本特征是没有一定形状和具有流动性。其流动行为由粘度决定，粘度越低越容易流动。

　　根据粘度特性，流体可以分为两种基本类型：牛顿流体和非牛顿流体。牛顿流体的粘度主要和温度有关，与施加的压力无关，在受到拍打或撞击时，其粘度不会发生改变，水、酒精等大多数纯液体、轻质油等均为牛顿流体。而非牛顿流体在受到某种力的时候，比如击打、撞击或者踩踏时，其粘度会发生改变，或是粘度降低变得更加容易流动，或是粘度增加变得像固体一样坚硬。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一般为非牛顿流体，比如番茄酱、蜂蜜。

　　说到这或许你仍然觉得有点困惑，难以区分两者的差别。想象一下，用脚踩踏水盆中的水，你不会感觉到水忽然变得像固体一样，它始终是那个温柔的水，这就是牛顿流体。而非牛顿流体在受到某种力时会改变其粘度或流动行为。比如你用水和淀粉按照一定比例混合之后，就会形成非牛顿流体。用手搅拌它是液体，用拳头敲打却又像是固体！如果整个游泳池都是这种非牛顿流体，可能真可以实现“水上漂”呢！

　　非牛顿流体的类型

　　非牛顿流体可以分为非时变性非牛顿流体和时变性非牛顿流体。前者粘度和施加压力的大小有关，后者和施加压力的时间有关。

　　非时变性非牛顿流体，又分为假塑性流体和胀塑性流体。

　　假塑性流体的粘度随着施加压力的增加而降低。比如番茄酱。如果说你想从瓶子里取出番茄酱，却发现不容易直接倒出来。这时你会怎么做？你会摇晃或者击打瓶子。这样会使番茄酱的粘度降低，更容易流动，所以就更容易倒出来了。

　　胀塑性流体的粘度随着施加压力的增加而增加。比如“欧不裂”——这是玉米粉和水的混合物，类似于未煮熟的蛋奶冻。它本来是一种流动的粘液，一旦突然受到压力，会变得像固体一样坚固。比如你用锤子击打，它不会到处乱溅，而是会变得更加牢固。如果你把它放在手中滚动，会滚成一个坚硬的球，而一旦你停止滚动，它立即又会变成流动的液体，从你的指尖滑出。在这种情况下，这种物质的粘度或流动阻力会随着施加压力的增加而增加。

　　而时变性非牛顿流体，可以分为触变性流体和流凝性流体。触变性流体，施加压力时间越长粘度越低。比如蜂蜜，不断搅拌会使蜂蜜变得越来越顺滑。流凝性流体则相反，施加压力时间越长粘度越高。比如奶油，越打越稠。

　　了解非牛顿流体有什么用？

　　了解非牛顿流体，我们便可以明白，生活中许多看起来不可思议的现象都可以用科学解释。比如为什么口香糖能砸开椰子？为什么在沼泽中越挣扎陷得越深？因为口香糖是一种非牛顿流体，当突然受到较大的压力时，尖锥体的口香糖会变得像固体一样坚硬，便能砸开椰子。而沼泽也算是非牛顿流体，越搅拌越稀，就容易陷进去。

　　我们可以利用非牛顿流体的特性避免一些问题。比如说我们可以避免把房屋建在某些类型的黏土上。因为地震会对这种黏土施加压力，那么可能这些原本看似坚固的黏土在压力作用下粘度降低，变成流动的液体，如果房屋建在这种黏土之上，那将会有巨大的安全隐患。

　　同时，我们也可以利用这种流体的特性，不断改进产品。比如科学家正在研究用非牛顿流体制造高性能填充物，用于液体防弹衣中，显然这种新产品可能会更好地减轻负重和增加安全性能。

　　生活不缺少美，只是缺少发现美的眼睛。留心生活中有趣的现象，学会探索、发现，你可能就是下一个科学家。

　　非牛顿流体怎么做推荐文章3：总是倒不好番茄酱？你的非牛顿流体力学一定没学好

　　图片：pixabay

　　伴随着你对待它的方式不同，这种人见人爱的红色酱料会在粘稠和稀疏的状态之间转变。

　　他1965年，特奥多尔·施文克（Theodor Schwenk）在《敏感的混沌：流水氤氲的造物》（Sensitive Chaos: The Creation of Flowing From of Water）中写道：“人们（感受到）这种流体……还没有固化，但是会对外界影响作出反应。”

　　我们在倒瓶装番茄酱时都有这种体会：即使瓶中剩下很多，也很难从其中倒出来。实际上，从红酒到食用油，所有流体状的食物，都会在容器中有一些残留。原因与容器的可润性（wettability）和物质的粘度有关。通常残留的只有薄薄一层，但番茄酱在容器内部残留的一层厚度却相当可观。就算番茄酱瓶是满的，只是倾斜一点，甚至是完全把它倒过来，都只能从瓶口附近掉出来一点酱汁。然而番茄酱一但倒到你的盘子里，它很容易就散开了。

　　让番茄酱液化，你需要用力摇晃瓶子，或是用手敲它。如果你不小心的话，撒到食物上的番茄酱可能要比你想要的多得多。

　　有经验的人知道，在摇晃瓶子后没必要着急，因为起效需要一点时间：趁这时你可以放松点，摘掉瓶盖，将瓶口瞄准你的食物。

　　番茄酱这个令人讨厌的特性不可避免地引发了一个问题：为什么食品制造商没能解决这个问题？答案很简单，番茄酱是被故意设计成这样的——不是为了惹人烦恼，而是因为一些情况下的确需要这些特性。比如，一窄条番茄酱应该留在热狗上，当你把热狗塞进嘴里时，它也不会溅到衣服上。番茄酱也不应该太粘，每咬一口，它应该立即在你的嘴里融化，无需咀嚼就能品尝。

　　物理层面上，番茄酱在摇晃、涂抹和被吃掉时承受压力。这堆物质的底部落在固体表面上，在静止时是粘稠的，而上层却可以自由流动。在“牛顿”流体中，粘度和施加在流体上的压力无关。对于番茄酱这种“非牛顿”流体，情况有所不同，因为更强的力会降低粘度。

　　这种行为，被称为剪切稀化，是由以增稠剂的形式被添加到酱汁（番茄糊、糖和其他成分的混合物）中的聚合物引起的。聚合物是由长原子链组成的复杂分子，它们相互缠绕并向周围释放能量。在这种状态下，聚合物非常粘稠。然而，施加足够大的剪切力时，提供了拉伸聚合物分子并使其纵向排列所需的能量。这些分子链变得容易彼此滑动，从宏观上看，结果是粘度降低。

　　一但剪切力减弱，番茄酱有条件沉降，聚合物分子就会再次纠缠到一起并释放能量。这个过程需要一点时间，这也解释了为什么酱汁在摇晃、剪切运动后不会马上溶解。

　　日常生活中还有诸如洗发水等物质会发生剪切稀化。少量洗发水很缓慢地流到你的手掌中，给你足够的时间举起手，把它揉进头发里。之后就几乎没有任何阻力，因为起泡的剪切力使液体变稀。尽管洗发水和番茄酱有相似性，它们还是有一点显著的区别：洗发水可以因为重力自由流动，而番茄酱则不然。热狗上的番茄酱只会呆在原地。另外两种非牛顿液体，墙面涂料和牙膏也会在被塑形后保持原样。

　　如果一些流体的粘度随剪切应力而减小，是否还有粘度增加的呢？实际上，厨房里就能找到一种常见的剪切增稠的物质：玉米淀粉和水混合形成的糊状物。这种混合物很容易以中等速度搅拌。但是当速度加快时，混合物的粘度会增加，最终变得非常坚硬，直到搅拌勺卡住为止。

　　这种水淀粉混合物的行为类似于流沙。在温和外力作用下，沙粒彼此滑动，因为它们被水润滑。突然的压力会将水从缝隙中挤出，迫使固体成分聚集在一起，极大地增加了阻力。和流沙一样，淀粉分子被一层水隔开。当强大的力量让它们彼此接触时，混合物就会结合在一起。

　　图片：pixabay

　　食品工业已经找到了不同的方法来解决番茄酱这种令人不安的性质：可以用软塑料瓶或袋子包装这种调味品。只需要轻轻一挤就足以克服番茄酱的阻力。这个方案简化了处理过程，不过，这也让从瓶里弄出来最后一点番茄酱这项运动，和瓶子完全清空时那种胜利的喜悦，也一并消失了。

　　撰文：H.约阿希姆·施利希廷（H. Joachim Schlichting）

　　翻译：王昱

　　审校：吴非

　　原文链接：

　　

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　　非牛顿流体怎么做推荐文章5：神奇的非牛顿流体，能够硬刚子弹，原理又是什么？

　　你见过能瞬间变硬的液体吗？这种遇强则强的神奇物质叫非牛顿流体，厨房里分分钟就能做出来。玉米淀粉兑水搅成糊，平时软得像酸奶，但用拳头猛砸立马硬成水泥板。因为冲击速度越快，淀粉颗粒就卡得越紧。

　　老外做过疯狂实验：把整盆淀粉糊放在液压机下，结果钢板都被压变形了，流体反而粘在压头上扯不下来。原来遇到瞬间压力，流体里的淀粉分子会瞬间锁死，形成比钢铁还抗压的结构。正是这种特性，让它能撑住150斤壮汉。玩后空翻，只要动作够快，站在流体上就像踩着水泥地。

　　防弹衣制造商早就盯上这个特性，把这种材料夹在纤维里，子弹打上去的瞬间，流体层会硬化分散冲击力，比传统防弹材料轻便三分之一。更绝的是它还能自动复原，挨完子弹泡点水又能继续用。

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