牛頓棺材板壓不住時，請祭出此物防身！_風聞
费米科学-来费米一起玩科学吧2019-02-22 16:13
好久不見啊
鬼知道我小蝦經歷了什麼
我錯過的情人節、元宵節
想必大家都過得甜甜蜜蜜吧
説起甜蜜
給大家講一個悲慘的故事：
波士頓糖蜜洪災
在100年前的波士頓，一個15米高，儲存着12000噸****糖蜜的建築物崩塌，湧出的糖蜜形成8米高的巨浪，以56km/h的速度席捲了附近的街區，造成21人死亡，150人受傷……
○ 波士頓糖蜜洪災現場，來自維基百科。
糖蜜是工業製糖的副產品，是一種黑褐色，高黏度的液體，主要成分依然是糖。可用於發酵制酒精，也可食用。
○ 糖蜜，來自Organic Facts。
糖蜜本身的黏度非常高，是水的10000倍。在水裏移動已經挺費勁的了，如果被那場災難中齊腰深的糖蜜困住，那就是妥妥的動彈不得。
波士頓郵報報道：一羣馬像粘蠅板上的蒼蠅一樣死去。越掙扎就陷得越深。人們也是一樣。
可是這麼黏稠的液體按理來説應該很慢地向四周擴散才對，怎麼會達到56km/h的速度，還形成巨浪呢？
糖蜜這麼浪
因為它是一種
也就是説，糖蜜的黏度與所受的力有關，受力越大，它的黏度反而越小。
儲存罐剛剛破裂時，在重力的作用下，糖蜜的黏度變小，像洪水一樣傾瀉出來，摧毀房屋、橋樑，把人捲走、拍扁。
○ 被糖蜜沖毀的高架鐵路，來自維基百科。
但是隨着糖蜜擴散開來，流速減緩，黏度回升，就會把人困住。不但很難開展救援，而且災難現場極難清理，據説在幾十年以後的夏天，還能聞到糖蜜的味道。
仔細一想
這個糖蜜
灑得遠、粘得死、難清理
可真適合摧毀城市啊
非牛頓流體大家族裏還有很多更奇葩的成員，砸椰子、防彈都不在話下。
但是，在一睹其風采之前，我們還是先詳細瞭解一下什麼是非牛頓流體。
什麼是流體
能任意改變形狀，能流動的就是流體，比如氣體和液體。
一個海洋球不是流體，但成千上萬的海洋球裝在池子裏也可以看作流體。
貓可以任意改變形狀，填滿容器，有時也可看作流體。
那麼，什麼是流動呢？
小心翼翼地把一杯水端起來，放在傳送帶上，緩慢地傳送到電梯裏，搭電梯平穩地上到6樓，水杯始終沒有晃動或旋轉。
在這個過程中，這杯水發生了運動，但並沒有流動。流動一定伴隨着流體內部的相對運動。
流動分為兩種：拉伸流動和剪切流動。
○ 拉伸流動，小蝦手繪。
用小棒或小勺蘸一些蜂蜜，再拎出來，可以看到蜂蜜向下流動。越往下，蜂蜜變得越細，但是流速也越快。
這種在流動方向上有流速改變的流動，就是拉伸流動。
○ 剪切流動，小蝦手繪。
假設在一個巨大池塘的某一部分，風吹動池水的表面，向右勻速運動。
在這種情況下，池水並不是以相同的速度整體向右運動，而是從水面到水底，水流的速度均勻減小，直到池底減為0。
水的流動方向是向右的，但流速沿高度方向（與流動方向垂直）改變，這就是剪切流動。
流體的流動都是由拉伸流動和剪切流動組合而成的。
牛頓黏性實驗
牛頓在1687年做了一個實驗：
其實就是用兩塊平行的木板，代替了上面提到的靜止的池底，和驅動池水運動的風，在中間的水層中產生剪切流動。
牛頓假設，與木板相鄰的水層，會緊緊貼着木板運動或靜止，速度與木板相等。這一假設得到了實驗的證實。
○ 牛頓黏性實驗，圖片來自Chegg Study。
由於流體有一定的黏性，或者説，流體內部有摩擦力，因此，拉動上層木板保持勻速運動需要一定的作用力。
牛頓發現，對於水來説，拉動木板的力與木板的運動速度是成正比的，所以水是牛頓流體。
而這個比值（排除水層的厚度和麪積的影響之後），就反映了流體本身的性質：
讓木板保持同樣的運動速度，需要施加的作用力越大，液體的黏度就越大，代表液體越粘稠。
非牛頓流體
但是，牛頓沒發現，有那麼一小撮奇葩液體，它們的黏度不是定值，這就是非牛頓流體。
之前提到的糖蜜就屬於這一類。
此外，各種指甲油、油漆都具有剪切變稀特性，以便於塗得更勻、粘得更牢，在凝固之前不易滴落。
奶油、番茄醬也是，難道它們也是故意方便我們塗抹的嗎？
這類非牛頓流體的代表就是能防彈的玉米澱粉糊，和能砸開椰子的口香糖了。
遇強則強
首先登場的是玉米澱粉糊（Oobleck），製作方法是玉米澱粉和水，以體積比2：1混合均勻。
○ 水和玉米澱粉糊的黏度對比。可以看出，玉米澱粉糊更粘稠一些，但也是流體。圖片來自 me3340。
如果用拳頭砸，會怎樣呢？會不會拳頭陷進去，但砸不到底呢？
○ 用拳頭砸水和玉米澱粉糊，水濺起水花，玉米澱粉糊紋絲未動。圖片來自 me3340。
用仿真槍打呢？
○ 用裝載BB彈的仿真槍打水和玉米澱粉糊，盛水的容器被擊穿，而玉米澱粉糊只是被打出一個小坑。圖片來自 me3340。
這怕不是一塊鐵？
但其實只要足夠輕柔，玉米澱粉糊也不會為難你，實屬吃軟不吃硬的典範。
○ 用手抓取並揉捏加了色素的玉米澱粉糊，用力抓和揉的時候，它是硬的，但一旦放鬆，就變稀了。圖片來自歪果仁集中營。
接下來是另一個好吃又好玩的家庭實驗：口香糖砸椰子，由小蝦親自演示。
首先取出口香糖，不要嚼，直接捲起來，捏成一個整體，再捏成圓錐。如果椰子皮較厚，3塊以上口香糖為宜。
捏好之後，將錐形口香糖尖朝上擺放好。
一定要找到椰子硬殼外面的軟皮最薄的地方，對準口香糖往下砸。如果軟皮實在太厚，不妨先用刀片下去一點。
下砸一定要果斷。可以看到，口香糖幾乎完好無損，而椰子被砸出一個大洞，可倒出椰汁。
當然，最後一步是插上吸管，把椰子喝掉啦！
補充一點：捏口香糖需要一定的耐心。
捏的時候我不禁吐槽：口香糖之所以能砸椰子，是因為它本身夠硬……
的確，口香糖在受力很小的時候能夠維持形狀不變，不是嚴格意義上的流體。
但口香糖畢竟還能捏動，椰子你捏一個試試……
所以，但凡口香糖能砸碎椰子，就不要懷疑口香糖遇強則強的性質。
明年元宵節
大家可以試試
在吃元宵、猜燈謎之餘
用口香糖砸砸椰子
……
也是團團圓圓
歲歲（碎碎）平安
每天一杯，白白嫩嫩
我從小喝到大哦~
互動環節
在某些影視作品裏，違反物理定律，氣活牛頓的操作層出不窮：
○ 日常浮空術……
○ 危急時刻二段跳……
牛爺爺的棺材板經常會壓不住。
他老人家脾氣不好，詐屍出來更不好惹。
但是，鑑於非牛頓流體也是他老人家沒有想到的東西，建議那些惹到他的影視編導們以毒攻毒，常備非牛頓流體防身保命。
