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非牛頓流體——為什麼軟口香糖能戳穿硬椰子殼?

口香糖戳穿椰子殼現象:將剛咀嚼好的(軟)口香糖捏成一錐形,然後正對丟下一完好的椰子,碰撞後發現:口香糖已經完全嵌入到了椰子殼中,而且椰子殼還開裂了條縫

口香糖破椰子殼(圖摘自網路)

竟然還有這種操作?到底是什麼原理?本文將揭曉其中的奧妙。

※※非牛頓流體※※

其實,咀嚼完全的口香糖是一種非牛頓流體

日常生活和工業生產中,遇到的澱粉液、麵糰、膏體、肉糜、泥漿、凝膠流體等也都是非牛頓流體。相反,牛頓流體則是空氣、水、各種氣體和潤滑油等一類的流體,一般情況下粘性相對穩定。

※※非牛頓流體特性※※

生活中,非牛頓流體往往會表現出一些奇妙的特性,如膨大性、剪切變稠、剪切變稀、拔絲性(能拉伸成極細的細絲)等。

1、擠出膨大效應

膨大效應,主要來源於非牛頓流體(一般是高分子物質)內分子鏈儲存彈性勢能的能力。受到擠壓時,流體壓縮;脫離擠壓空間後,流體內分子鏈的彈性勢能釋放,產生回彈效應,宏觀上表現為流體膨脹。

由於麵條具有擠出膨大效應,麵條機模具的出面小孔應該設計得比要求的麵條橫截面小一些

麵條機模具(圖摘自網路)

在製作裱花蛋糕時,可以看到擠出奶油或乳酪的孔很小,但擠出的奶油或乳酪條卻比小孔粗很多,這也是擠出膨大效應的體現。

乳酪擠出圖(圖摘自網路)

2、剪切變稠效應

對於剪切變稠型的非牛頓流體,主要特徵是:流體的粘度會隨所受壓力或剪切的增強而增加,甚至成為暫時性的固體

因此,口香糖破椰子殼的原理也就不難解釋了當口香糖受到強烈衝擊時,粘度會瞬時增加,以至變得比椰子殼還堅硬,從而戳進椰子殼中並讓其開裂。

澱粉溶液:快速揉澱粉溶液時,溶液會呈現固態,然而停止揉搓後又立即變為液態。

快速揉搓澱粉溶液(圖摘自網路)

網上很火的「walking on pool of cornstarch」(行走在玉米澱粉漿池中)也是藉助了澱粉漿的剪切變稠特性。如果行走速度很低,人就有可能陷入到液體中。

(圖摘自網路)

將玉米澱粉加水混合後置於音箱上用重低音轟炸,會看到液體以類似固體的形態隨著強勁的音樂節奏不斷舞動

音響上的流體(圖摘自網路)

液體防彈材料:用手指輕微擾動時,和普通的粘稠液體差不多;用拳頭猛砸時,流體變成硬實的類固體狀態

衝擊越猛烈,這種特徵越顯著,因此具備防彈特性。

輕微撓動防彈材料(圖摘自網路)

重鎚擊打防彈材料(圖摘自網路)

減速帶:行車速度越快,流體硬度越大,對車的跌宕越厲害;行駛速度越慢,減速帶流體越軟,對車的損壞越小

不過,由於減速帶被扎破而引起流體溢出的問題,讓其較難推廣。

減速帶對比(圖摘自網路)

另外,肉餡、芝麻醬等也是剪切變稠型流體。例如,餡越攪拌越費力,芝麻醬越攪拌其固體狀越明顯

3、剪切變稀效應

跟剪切變稠型流體剛好相反,剪切變稀型流體的粘度會隨壓力或剪切的增強而降低。

酸奶:剛拆開的酸奶會比較稠,如果攪拌幾下,酸奶會變得比較稀,再用吸管吸食會輕鬆很多。

攪拌後變稀的酸奶(圖摘自網路)

牙膏:一般在不擠壓的情況下,牙膏是不會流動的,但當很快擠出時會明顯呈現液態

快速擠牙膏過程(圖摘自網路)

日常用品中,例如洗髮露、番茄醬等也都是剪切變稀型的非牛頓流體,使用時擠得越快越省力

4、拉絲效應

各種拔絲食物(拔絲菠蘿、拔絲香蕉、拔絲紅薯等)都是用熔化的蔗糖做成的,而熔化的蔗糖具有拉絲特性,能夠拉出亮晶晶的細糖絲

拔絲食品(圖摘自網路)

棉花糖也是將白砂糖顆粒加熱熔化後,利用快速旋轉的剪切效應將糖漿牽拉成細絲製作成的。

棉花糖(圖摘自網路)

製作糖葫蘆時,將掛滿熱糖漿的山楂串一甩便會拉出一條條的細絲,這也是非牛頓流體的拉絲效應。

糖葫蘆糖漿拉絲(圖摘自網路)

生活中的非牛頓流體數不勝數,仔細觀察便會發現其中的很多奇妙現象,不妨一試。

本文來源:神奇的流體,版權歸原作者所有,若侵刪。


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