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。
有可能你越用力拉木板,中間的液體就變得越稀,這種非牛頓流體具有**“剪切變稀”的特性,説白了就是“逆來順受”**。
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?



反之,就是**“剪切增稠”,或者叫“遇強則強”**。
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。