有趣的流體現象

在某檔電視節目中曾出現過這樣一幅畫面：嘉賓把幾片沒有嚼過的口香糖揉成一個圓錐形，然后尖端朝上平放在桌子上，接著舉起椰子用力砸向口香糖，這時觀眾可看見口香糖不僅沒有被砸扁，反而把椰子砸出了一個洞。如此反復幾次，椰子就能被砸開。

口香糖為何能擁有如此“神力”？這還得從流體的知識說起。

非牛頓流體

流體是液體和氣體的總稱，是一種受任何微小剪切力的作用都會連續變形的物體。非牛頓流體（如脹流型流體、假塑性流體等）是指不滿足牛頓粘性定律的流體，即其剪切應力與剪切應變率之間不是線性關系的流體。而牛頓流體是指剪切應力和剪切速率符合牛頓流體公式的流體，如水、空氣等。它們的剪切應力和剪切速率成正比關系。

各種流體的流變特性

口香糖中有一種膠基的成分屬于非牛頓流體中的切力增稠流體，這種流體在較大的外力作用下黏度會變大（外力越大，黏度越大）。

當椰子以高速撞擊口香糖時，口香糖中的膠基黏度迅速增大，此時口香糖就表現得像固體一樣堅硬，而一旦外力撤出后膠基又會恢復成液體的性質。如果外力作用小而緩慢，膠基就會表現得和普通液體一樣。

切力增稠流體在發生增稠時體積會略微膨脹，所以也叫脹流型流體。淀粉溶液、海灘上的濕沙、混凝土漿等都屬于這類流體。

脹流型流體黏度的改變與其內部的結構有關，即發生切力增稠時，流體內部形成了某種結構。這種流體通常為多相混合物，如海灘上的濕沙便是沙子和水的混合物。在沒有外力作用或外力作用很小時，不規則的沙粒緊密堆積，水可以均勻地填充在沙粒間隙中，起到潤滑作用。

當有人踩在沙子上，原本緊密堆積的結構被破壞，沙粒間產生“錯位”，使得體積增大；同時水被迫向周圍運動，流動發生紊亂，阻力增大，而沙子也因為失去潤滑作用，流動更加困難。海灘上滲入海水的沙面比干沙面好走，就是因為濕沙的這種特性使腳不容易陷下去。

賓漢流體

賓漢流體的剪切應力和剪切速率也成線性關系，但與牛頓流體不同的是，它包含一個屈服應力，只有當外力大于屈服應力時它才會流動。

最典型的賓漢流體就是牙膏。在沒有外力作用時，它看上去像固體。只有當我們用力擠牙膏時它才會從管子內“流”出來。如果不去擠它，即使把牙膏管倒過來，它也不會流出來。

同樣可以推測，洗面奶、護手霜等也是賓漢流體。建筑上用的油漆也需要具有賓漢流體的性質 ，因為我們既要求它在攪拌和涂刷時能流動，又要求它涂在墻上后不會因為重力而從墻上流下來，即油漆的屈服應力應該大于自身重力。

同脹流型流體一樣，賓漢流體也是一種多相混合物。一般認為，賓漢流體中的填充物形成了三維網狀結構，這種結構具有一定的強度，能抵擋較小的外力。當外力足夠大時，三維結構被破壞，填充物才能隨溶劑一起流動。

假塑性流體

假塑性流體表現出來的性質與脹流型流體恰恰相反，在低剪切速率下黏度保持為常數，當剪切速率增大，黏度反而減小。即給它施加的外力越大，它表現出來的黏度越小，所以也叫切力稀化流體。很多高分子液體屬于這類流體。

流體的黏度可以理解為流體內分子之間的摩擦力，摩擦力越大，黏度越大。高分子液體中的溶質是一種分子質量很大、結構很長的分子，在沒有外力的情況下，它們通常呈卷曲狀態，分子之間的摩擦力較大；當有外力存在時，卷曲的分子就會沿著剪切力的方向伸展開來，分子平行排列，相互之間的摩擦力就減小了，因而黏度也降低了。

血液、巖漿、酸奶、番茄醬、洗發水都屬于假塑性流體。當我們緩慢攪拌酸奶或番茄醬時會發現比較費勁，而攪拌得快時反而會覺得輕松，就是這個道理。假塑性流體還有一個很有趣的現象——凱伊效應。當一束高黏度的假塑性流體射向固體表面時，固體表面會把液束向上反彈回去。（據科學大院）

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