吃軟不吃硬的非牛頓流體

現(xiàn)在去醫(yī)院作血液檢查的項(xiàng)目之一，己不再是“血黏度檢查”，而是“血液流變學(xué)檢查”（簡(jiǎn)稱血流變），為什么會(huì)有這樣的變化呢？這就要從流體及非牛頓流體談起。

流體，是與固體相對(duì)應(yīng)的一種物體形態(tài)，是液體和氣體的總稱。由大量的、不斷地作熱運(yùn)動(dòng)而且無固定平衡位置的分子構(gòu)成的，它的基本特征是沒有一定的形狀并且具有流動(dòng)性。水絕對(duì)是最常見的流體，牛頓于1687年提出，水在作一維剪切流動(dòng)時(shí)，其剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率成正比關(guān)系，因此這一類流體都被稱為“牛頓流體”。后來發(fā)現(xiàn)，只有水和空氣等才滿足這種剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率的線性關(guān)系，它們因此被稱為“牛頓流體”。生活和生產(chǎn)中的大多數(shù)流體屬于非牛頓流體，它們?cè)谧饕痪S剪切流動(dòng)時(shí)，其剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率之間呈非線性關(guān)系。而非牛頓流體能給你展現(xiàn)水之外的別樣世界，遇強(qiáng)則更強(qiáng)，子彈都沒有辦法把它射穿。

其實(shí)非牛頓流體廣泛存在于我們的日常生活中，像血液、果漿、蛋清、奶油等這些非常黏稠的流體都是非牛頓流體；石油、泥漿、油漆、各種聚合物(聚乙烯、尼龍、滌綸、橡膠溶液等)也都是非牛頓流體。通常，這些物質(zhì)也被稱為軟物質(zhì)。

比如我們每天刷牙用的牙膏，沒錯(cuò)就是牙膏，絕大部分人認(rèn)為它是一種固體，實(shí)際上它是一種非牛頓流體。只有當(dāng)你擠它的時(shí)候，牙膏才會(huì)從里面出來。試想一下，如果它是其他的流體，只要把牙膏管倒轉(zhuǎn)過來，牙膏就會(huì)自動(dòng)從管里流出來了。

把玉米淀粉和水按2：1的比例混合也能制作成非牛頓流體，它的黏度會(huì)因?yàn)槭艿綁毫蛘呤撬俣榷兓?，在黏度增加的時(shí)候還可能成為暫時(shí)性的固體。你如果把手慢慢伸進(jìn)去就能輕松地穿透它，要是突然拿出來，它就會(huì)變得特別結(jié)實(shí)，一旦手離開時(shí)，它就會(huì)“融化”成液體。太白粉溶液是典型的非牛頓流體，它的主要特征是：流體的黏度會(huì)因?yàn)槭艿降膲毫蛩俣榷兓?，壓力越大速度越快，黏度?huì)增加，甚至可以成為暫時(shí)性的固體。面對(duì)一盆太白粉的水溶液，如果你將手緩慢插入其中，你的手會(huì)沒入其中，當(dāng)你拿出來時(shí)手上會(huì)沾滿白色的太白粉溶液?？墒钱?dāng)你用力捶打這盆太白粉非牛頓流體時(shí)，接觸面因?yàn)閴毫Υ蠖ざ仍黾?，它就?huì)“變硬”。

有了非牛頓流體，不用加任何特效，就能讓你實(shí)現(xiàn)水上漂。請(qǐng)注意，我們說的是流體而并非液體，是指在溫度不變的情況下可以發(fā)生流動(dòng)的物質(zhì)，包括液體和氣體。有些流體黏性非常大，這種流體在大的剪切速率作用的瞬間會(huì)變得像固體一樣，堅(jiān)硬、有彈性，而外力一旦撤出之后又恢復(fù)成液體的性質(zhì)，這是典型的膨脹性流體的性質(zhì)。像平時(shí)我們見到的泥漿、面漿就屬于這種流體。有經(jīng)驗(yàn)的人應(yīng)該知道，攪拌泥漿的時(shí)候，緩慢地?cái)嚢杩梢圆辉趺促M(fèi)力，可是一旦加大力氣想要快速攪拌，反而越發(fā)攪不動(dòng)了！其中就是這個(gè)原因。

非牛頓流體介于液體與固體之間。當(dāng)表面沒有壓力時(shí)，非常柔軟，和液體一樣。而你用力擊打它時(shí)，接觸面會(huì)因?yàn)閴毫Υ蠖沟灭ざ仍黾樱瑫?huì)開始變硬，具備一定的固體特性，所以拳頭就無法進(jìn)入非牛頓流體的內(nèi)部，哪怕是對(duì)著它開一槍，子彈都沒有辦法穿透，只能留在它的“肚腹”中。英國科學(xué)家就利用非牛頓流體制作出一種液體防護(hù)衣，它比老式防彈衣舒適柔軟，而且防彈性能也更加優(yōu)秀，或許會(huì)成為主流運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。