現在的科普文章越來越多,非牛頓流體也走入了大眾視野,相信大家肯定有看過這些。
放一個動態圖。
但其實,他們只說了一半,非牛頓流體也可以變軟:
圖片裡面我們看到的是,拉馬爾大學的學生正在用玉米澱粉製作非牛頓流體。一個超級大的池子裡裝滿了非牛頓流體。學生快速從上面跑過去,真正地實現了“輕功水上漂”一般。但如果要是直接站在上面就會沉了下去。
非牛頓流體的科普越來越多,但是也越來越錯,導致了我們誤以為非牛頓流體就是:受到外力後就會變粘稠變硬的液體。
其實非牛頓流體有三類:第一種非牛頓流體就是我們日常網路上見到的,被稱為脹塑形流體。這類流體通俗的講就是,你攪拌它的速度越快,那麼它就會越粘稠。
就像上圖的人們在脹塑形流體上飛奔而過,而不會沉下來,但是如果人們靜止在上面,就會像沼澤一樣慢慢地把人們吞噬進去。它可以算是非牛頓流體中的硬骨頭,遇強則強,吃軟不吃硬。
玉米澱粉糊做的脹塑性流體
第二種非牛頓流體卻恰恰和我們第一類相反,被稱為假塑性流體,當它受到外力後變得越來越稀。意味著你去攪拌它,他就會從粘稠狀變稀的。由於這一類的流體科普很少,所以我們就很容易忽視他們,其實這一類非牛頓流體反倒在我們身邊最豐富而我們卻不曾發現。
女生們塗化妝品的時候,用手快速塗抹,這些化妝品會比慢慢塗抹要塗得快。
喝小杯酸奶的時候,用吸管或者勺子快速攪拌,本來粘稠的酸奶會變稀,如果覺得不明顯,這時候你可以立馬將吸管或勺子拿出來,就會發現酸奶會以比較稀的狀態流下來。
其實你身上穿的衣服也會利用到假塑性流體
這種工藝叫做絲網印花,簡單地說就是把漿料刮一下,漿料透過網上鏤空的部分就到了衣服上。你們衣服上的花紋圖案、商標標誌等等,很多都是它做出來的,聽上去很簡單,好像和我們假塑性流體沒有什麼關係,但是它卻離不開它。
因為漿料一般都是很稠的,如果很稀的話就會自己滲過花網,而且印出來的花紋還會不清晰變得模糊,因為花紋滲開了。
如果很稠,漿料不會全部滲過花網,圖案就會有殘缺。
所以用假塑性流體做漿料的話就可以很好地解決這個問題,在不刮壓的情況下不會自己滲透進去,刮壓後的漿料變細,可以滲透花網到衣服上,而當漿料到了衣服上的時候已經不在受力了,那麼又會變得粘稠,這樣就保證了我們的花紋也是清晰的了。
印花出來的商標圖案
印花出來的商標圖案
最後一種非牛頓流體被稱為塑性流體。可以理解為本來是固體,但是受到一定外力後會流動,變成液體。
其實塑性流體我們每天都會接觸,那就是我們的牙膏。
大家看了我的文章後刷牙的時候可以觀察下,擠牙膏的時候需要有一定的壓力作用在牙膏上,才能擠出牙膏。
如果力量太小牙膏就不會出來。所以當我們把牙膏擰開,管口倒置下來朝向地面,牙膏也不會掉出來。而作為牛頓流體的水的話,便會流淌出來。
牛頓流體與牛頓流體流動特性圖
du/dy 為剪下速率,τ為剪下應力。每一種流體都有自己的特性曲線。牛頓流體的剪下應力和剪下速率的比值為常數。
所以我們無論怎麼攪拌水杯裡的水,水都不會變粘稠或者變稀,只會保持原來的黏度,因為水屬於牛頓流體。