神奇的非牛頓流體，遇強則強，遇弱則弱

非牛頓流體，在上流體力學課程時候接觸過，實話說，當時真的沒有留意這種流體。沒發現它有何用，直到最近，在網上發現這種流體竟然有其神奇的一面，於是重新查閱相關資料了解一番。

先來看看它的神奇之處：遇強則強，子彈都打不穿，可以承受一個成年人！但是，相反，遇弱則弱，用手指慢慢戳它，一下子就穿透了！

GIF

原理是：非牛頓流體的粘度會因為受到的壓力或速度而變化，壓力越大，粘度會增加，甚至成為暫時性的固體。因此當用力搥打非牛頓流體時，接觸面因為壓力大而粘度增加，口香糖是非牛頓流體，它受到的外力越大、越快的時候，它就越堅硬，瞬間不會產生形變，所以當我們用力將椰子砸向它的時候，椰子殼一下就開了！

GIF

這個相反現象原理是：非牛頓流體在沒有壓力時又非常柔軟，和液體一樣。

一、什麼是非牛頓流體

非牛頓流體，是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應力與剪切應變率之間不是線性關係的流體。

二、存在何處

在日常生活和工業生產中，常遇到的各種高分子溶液、熔體、膏體、凝膠、交聯體系、懸浮體系等複雜性質的流體，差不多都是非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的「半流體」都屬於非牛頓流體。有時為了工業生產的目的，在某種牛頓流體中，加入一些聚合物，在改進其性能的同時，也將其變成為非牛頓流體，如為提高石油產量使用的壓裂液、新型潤滑劑等。

三、如何鑒別出

用老百姓能理解的話就是：當你把一個蘋果用力扔到一種液體里，液體是濺開的就是牛頓流體。相反，如果液體是瞬間固化，那就是非牛頓流體了。

四、如何在家裡做出來

往水盆中倒入一定量的水，再倒入澱粉。水和澱粉的比例為1:3，用手將其混合均勻攪拌，直到盤中玉米澱粉完全溶到水中，沒有明顯的澱粉塊。

可以用手指撥動一下，能看到像豆腐渣樣的形狀。嘗試用手抓起一把揉成團，攤開手你會發現立馬會從指縫中流走。用拳頭快速打它，它就像是固體一樣哦。

五、有何神奇特性

5.1、射流脹大

也稱Barus效應，或Merrington效應。如果非牛頓流體被迫從一個大容器，流進一根毛細管，再從毛細管流出時，可發現射流的直徑比毛細管的直徑大。射流的直徑與毛細管直徑之比，稱為模片脹大率（或稱為擠出物脹大比）。對牛頓流體，它依賴於雷諾數，其值約在0.88～1.12之間。而對於高分子熔體或濃溶液，其值大得多，甚至可超過10。一般來說，模片脹大率是流動速率與毛細管長度的函數。

模片脹大現象，在口模設計中十分重要。聚合物熔體從一根矩形截面的管口流出時，管截面長邊處的脹大，比短邊處的脹大更加顯著。尤其在管截面的長邊中央脹得最大。因此，如果要求生產出的產品的截面是矩形的，口模的形狀就不能是矩形，而必須是四邊中間都凹進去的形狀。

5.2、爬桿效應

1944年Weissenberg在英國倫敦帝國學院，公開表演了一個有趣的實驗：在一隻有黏彈性流體（非牛頓流體的一種）的燒杯里，旋轉實驗桿。對於牛頓流體，由於離心力的作用，液面將呈凹形；而對於黏彈性流體，卻向杯中心流動，並沿桿向上爬，液面變成凸形，甚至在實驗桿旋轉速度很低時，也可以觀察到這一現象。

5.3、無管虹吸

對於牛頓流體來說，在虹吸實驗時，如果將虹吸管提離液面，虹吸馬上就會停止。但對高分子液體，如聚異丁烯的汽油溶液和百分之一的POX水溶液，或聚醣在水中的輕微凝肢體系等，都很容易表演無管虹吸實驗。將管子慢慢地從容器撥起時，可以看到雖然管子己不再插在液體里，液體仍源源不斷地從杯中抽出，繼續流進管里。甚至更簡單些，連虹吸管都不要，將裝滿該液體的燒杯微傾，使液體流下，該過程一旦開始，就不會中止，直到杯中液體都流光。這種無管虹吸的特性，是合成纖維具備可紡性的基礎。無管虹吸對於化纖生產有重要意義。

5.4、湍流減阻

也稱Toms效應。非牛頓流體顯示出的另一奇妙性質，是湍流減阻。人們觀察到，如果在牛頓流體中加入少量聚合物，則在給定的速率下，可以看到顯著的壓差降。湍流一直是困擾理論物理和流體力學界未解決的難題。然而在牛頓流體中加入少量高聚物添加劑，卻出現了減阻效應。有人報告：在加入高聚物添加劑後，測得猝發周期加大了，認為是高分子鏈的作用。雖然湍流減阻效應的道理尚未弄得很清楚，卻己有不錯的應用。在消防水中添加少量聚乙烯氧化物，可使消防車龍頭噴出的水的揚程提高一倍以上。應用高聚物添加劑，還能改善氣蝕發生過程及其破壞作用。

5.5、其他特性

非牛頓流體除具有以上幾種有趣的性質外，還有其他一些受到人們重視的奇妙特性，如拔絲性（能拉伸成極細的細絲，可見「春蠶到死絲方盡」一文），剪切變稀（可見「腱鞘囊腫治癒記」一文），連滴效應（其自由射流形成的小滴之間有液流小桿相連），液流反彈等。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！