科普文章中,我们经常遇到非牛顿流体的描述,相信大家对此并不陌生,或许还曾一睹其风采。
让我们先来欣赏一个动态图,以更直观地感受非牛顿流体的特性。
实际上,我们所了解的只是冰山一角。非牛顿流体并非只是我们在表面所见的那样,它其实具有多种状态。例如,拉马尔大学的学生们用玉米淀粉制作的非牛顿流体,在一个大池子中呈现出独特的流动性。当人们快速穿越其表面时,仿佛实现了“轻功水上漂”,若静止其上,则会沉入其中。
对于非牛顿流体的认知,随着科普的增多也渐渐出现了一些误区。我们常常误以为它是一种受到外力后就会变粘稠的液体。但实际上,非牛顿流体的类型多样,各有其特性。
第一种我们较为熟悉的,是胀塑形流体。这种流体在网络上广为传播,当你搅拌它的速度越快,它就会变得越粘稠。如上图所示,人们在这种流体上飞奔而过而不会沉下,但若静止则会陷入其中。
而第二种与我们日常认知相反的假塑性流体则鲜为人知。这种流体在受到外力时会变得越来越稀。比如女生涂抹化妆品时,快速涂抹会比慢速更易涂抹;喝酸奶时用吸管或勺子快速搅拌,酸奶会变稀。假塑性流体还广泛应用于我们的生活中,例如丝网印花工艺中使用的浆料。
丝网印花是一种工艺,简单来说就是将浆料通过网上的镂空部分印到衣物上。这种浆料一般是假塑性流体,因为它在刮压时会变细渗透到衣物上,而当不再受力时又会变得粘稠,确保花纹的清晰。
除此之外,还有一种塑性流体。这种流体原本是固体状态,但受到一定外力后会开始流动,就像我们的牙膏。当你挤压牙膏时,需要一定的压力才能使牙膏从管口挤出。而将牙膏管口倒置时,牙膏并不会像水那样流出。
为了更好地理解这些流体的特性,我们可以参考du/dy(剪切速率)与τ(剪切应力)的关系曲线。每一种流体都有其独特的特性曲线。而牛顿流体的剪切应力和剪切速率之比为常数,如水一般,无论怎样搅拌都不会改变其黏度。
非牛顿流体的世界远比我们想象的要丰富和复杂。通过这些科普内容,希望我们能更深入地了解身边的这些流体,发现它们独特的魅力。