什么是非牛顿流体？

投稿专栏 • 2023年6月25日 22:13 • 阅读 6615

非牛顿流体是一种粘度根据施加的应力而变化的流体。这种最常见的流体是溶解在水中的玉米淀粉。与牛顿流体（如水）形成对比，牛顿流体的行为只能用温度和压力来描述，而不是每秒作用在它上面的力。这些流体是迷人的物质，可以用来帮助我们以令人兴奋的动手方式更详细地理解物理学。

如果你打一个装满剪切增稠非牛顿流体的桶，则入射力引入的应力会导致流体中的原子重新排列，使其表现得像固体。你的手不会通过。但是，如果您将手缓慢地推入液体中，它将成功渗透。如果你突然把手拉出来，它会再次表现得像固体，你可以用这种方式从容器中拉出一桶液体。

剪切稀化非牛顿流体的行为方式相反。在这种类型中，当施加应力时，流体会变得更稀，而不是变稠。也称为假塑料，这种类型的液体的例子包括番茄酱、牙膏和油漆。在这两种类型中，效果通常不会持续很长时间，只有在施加压力时才会持续。

非牛顿流体帮助我们理解物理世界中存在的各种各样的流体。塑性固体、幂律流体、粘弹性流体和随时间变化的粘度流体是剪切应力与粘度/弹性之间表现出复杂且违反直觉关系的其他流体。然而，非牛顿流体可能是最令人兴奋的。

在YouTube上搜索非牛顿流体会带来一些有趣的结果。在几个游戏节目中，主持人或参赛者跑过大桶的剪切增稠非牛顿流体，除非它们停下来，否则能够穿过它们 – 在这种情况下，它们会立即下沉。当与振荡板结合使用时，这些流体表现出其他不寻常的特性，例如突出的“手指”和创建后仍然存在的孔。振荡板定期施加应力，迅速改变流体的粘度，并将其置于液体和固体之间的奇怪中间地带。

剪切增稠非牛顿流体的实际应用可能是未来的防弹衣。由于这种液体通常是柔性的，因此它们允许士兵在不受到攻击时自由移动。但如果面对飞驰的子弹，它们会很快变得更硬，表现得像传统的盔甲一样。需要更多的研究来确定非牛顿流体是否适合军事，但在那之前，玩起来肯定很有趣。