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非牛顿流体——为什么软口香糖能戳穿硬椰子壳? [转载]
作者:声振之家 发表时间:2019-12-23 阅读次数:124

口香糖戳穿椰子壳现象
将刚咀嚼好的(软)口香糖捏成一锥形,然后正对丢下一完好的椰子,碰撞后发现:口香糖已经完全嵌入到了椰子壳中,而且椰子壳还开裂了条缝。

                                                                         口香糖破椰子壳(图摘自网络)

竟然还有这种操作?到底是什么原理?本文将揭晓其中的奥妙。

                                                                                       非牛顿流体 

其实,咀嚼完全的口香糖是一种非牛顿流体。日常生活和工业生产中,遇到的淀粉液、面团、膏体、肉糜、泥浆、凝胶流体等也都是非牛顿流体。相反,牛顿流体则是空气、水、各种气体和润滑油等一类的流体,一般情况下粘性相对稳定。

                                                                                    非牛顿流体特性

生活中,非牛顿流体往往会表现出一些奇妙的特性,如膨大性、剪切变稠、剪切变稀、拔丝性(能拉伸成极细的细丝)等。

一、挤出膨大效应
膨大效应,主要来源于非牛顿流体(一般是高分子物质)内分子链储存弹性势能的能力。受到挤压时,流体压缩;脱离挤压空间后,流体内分子链的弹性势能释放,产生回弹效应,宏观上表现为流体膨胀。

由于面条具有挤出膨大效应,面条机模具的出面小孔应该设计得比要求的面条横截面小一些。

                                                                                 面条机模具(图摘自网络)

在制作裱花蛋糕时,可以看到挤出奶油或奶酪的孔很小,但挤出的奶油或奶酪条却比小孔粗很多,这也是挤出膨大效应的体现。

                                                                             奶酪挤出图(图摘自网络)

二、剪切变稠效应
对于剪切变稠型的非牛顿流体,主要特征是:流体的粘度会随所受压力或剪切的增强而增加,甚至成为暂时性的固体。

因此,口香糖破椰子壳的原理也就不难解释了:当口香糖受到强烈冲击时,粘度会瞬时增加,以至变得比椰子壳还坚硬,从而戳进椰子壳中并让其开裂。

淀粉溶液:

快速揉淀粉溶液时,溶液会呈现固态,然而停止揉搓后又立即变为液态。

                                                                        快速揉搓淀粉溶液(图摘自网络)

网上很火的“walking on pool of cornstarch”(行走在玉米淀粉浆池中)也是借助了淀粉浆的剪切变稠特性。如果行走速度很低,人就有可能陷入到液体中。

                                                                                           图摘自网络

将玉米淀粉加水混合后置于音箱上用重低音轰炸,会看到液体以类似固体的形态随着强劲的音乐节奏不断舞动。

                                                                          音响上的流体(图摘自网络)

液体防弹材料:

用手指轻微扰动时,和普通的粘稠液体差不多;用拳头猛砸时,流体变成硬实的类固体状态。冲击越猛烈,这种特征越显著,因此具备防弹特性。

                                                                       轻微挠动防弹材料(图摘自网络)

                                                                       重锤击打防弹材料(图摘自网络)

减速带:

行车速度越快,流体硬度越大,对车的跌宕越厉害;行驶速度越慢,减速带流体越软,对车的损坏越小。不过,由于减速带被扎破而引起流体溢出的问题,让其较难推广。

                                                                            减速带对比(图摘自网络)

另外,肉馅、芝麻酱等也是剪切变稠型流体。例如,肉馅越搅拌越费力,芝麻酱越搅拌其固体状越明显。

三、剪切变稀效应
跟剪切变稠型流体刚好相反,剪切变稀型流体的粘度会随压力或剪切的增强而降低。

酸奶:

刚拆开的酸奶会比较稠,如果搅拌几下,酸奶会变得比较稀,再用吸管吸食会轻松很多。

                                                                       搅拌后变稀的酸奶(图摘自网络)

牙膏:

一般在不挤压的情况下,牙膏是不会流动的,但当很快挤出时会明显呈现液态。

                                                                         快速挤牙膏过程(图摘自网络)

日常用品中,例如洗发露、番茄酱等也都是剪切变稀型的非牛顿流体,使用时挤得越快越省力。

四、拉丝效应
各种拔丝食物(拔丝菠萝、拔丝香蕉、拔丝红薯等)都是用熔化的蔗糖做成的,而熔化的蔗糖具有拉丝特性,能够拉出亮晶晶的细糖丝。

                                                                                拔丝食品(图摘自网络)

棉花糖:

棉花糖也是将白砂糖颗粒加热熔化后,利用快速旋转的剪切效应将糖浆牵拉成细丝制作成的。

                                                                                 棉花糖(图摘自网络)

糖葫芦:

制作糖葫芦时,将挂满热糖浆的山楂串一甩便会拉出一条条的细丝,这也是非牛顿流体的拉丝效应。

                                                                               糖葫芦糖浆拉丝(图摘自网络)

生活中的非牛顿流体数不胜数,仔细观察便会发现其中的很多奇妙现象,不妨一试。

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