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揭示欧不裂的秘密,一种奇怪的液体和固体物质

揭示欧不裂的秘密,一种奇怪的液体和固体物质
放大 / “欧不裂”是剪切增稠非牛顿流体的经典厨房科学示例。

欧不裂已经存在很长时间了 我最喜欢的例子 来自美国 非牛顿流体, 和 我不孤独。 它很受欢迎 “厨房科学”实验。 因为它简单且容易制作。 将一份水和两份玉米淀粉混合,再加一点食用色素,就得到了欧不裂,它可以是液体或固体,具体取决于施加的压力大小。 当它是液体时,缓慢而稳定地搅拌。 用力敲击它,它会在你的抓握下变得更加坚固。 你还可以用物体填满小水坑并走过它们,因为每次你走下欧不裂都会凝固——这是一种经常自然出现的华丽的物理展示 在YouTube上

这种简单物质的基本物理原理极其复杂,因此令科学家们着迷。 根据最近的一项研究,芝加哥大学的分子工程师使用压电纳米颗粒的致密悬浮液来测量当欧不裂的行为从液体转变为固体时在分子水平上发生的情况。 新文章 发表在《美国国家科学院院刊》上。

艾萨克·牛顿在生命即将结束时确定了“理想流体”的特性。 这些特征之一是 粘度,宽松地定义为在给定材料中流动的摩擦/阻力的大小。 摩擦的产生是因为流动的流体本质上是一系列相互滑动的层。 一层在另一层上滑动的速度越快,阻力就越大; 一层在另一层上滑动的速度越慢,阻力就越小。 但世界并不是一个完美的地方。

牛顿理想流体粘度很大程度上取决于温度和压力:无论搅拌或混合等其他力作用在水上,水都会继续流动。 在非牛顿流体中,粘度会随着施加的压力或剪切力而变化,从而跨越流体和固体行为之间的界限。 移动一杯水会产生剪切力,水剪就会移开。 粘度保持不变。 但对于非牛顿流体,例如不透明流体,当施加剪切力时,粘度会发生变化。

例如,番茄酱是一种具有剪切稠度的非牛顿流体,这就是为什么撞击瓶底并不能让番茄酱更快地流出的原因之一。 施加力会增加粘度。 其他例子还有酸奶、肉汁、浆液、布丁和厚馅饼馅料。 欧不裂也是如此。 (这个名字来自苏斯博士1949年的儿童读物, 巴塞洛缪和欧不裂.)相比之下,不滴水涂料表现出“剪切稀化”效果,可以很容易地被刷掉,但一旦涂到墙上就会变得更加粘稠。

2019 年,麻省理工学院的工程师开发了一个数学模型,根据其变形速度,了解欧不裂作为固体或液体的行为。
放大 / 2019 年,麻省理工学院的工程师开发了一个数学模型,根据其变形速度,了解欧不裂作为固体或液体的行为。

A。 鲍姆加滕,K. 卡姆林,J. 巴利斯

2019年, 由麻省理工学院的研究人员开发 一个有用的数学模型,用于预测欧不裂在不同条件下如何从液态转变为固态并再次转变回来。 他们将自己的商业模式调整为湿沙(一种颗粒材料)。 有一些相似之处,但欧不裂中的玉米淀粉分子的大小约为沙粒的百分之一(1 至 10 微米)。 在这些小尺度上,物理现象明显不同。 例如,温度对玉米淀粉分子的影响更大,电荷也在分子之间积聚,从而产生排斥效应。 因此,虽然湿砂在任何给定的堆积密度下都具有相同的粘度,无论施加的压力如何(例如搅拌或穿孔),但乳白色砂的粘度会发生巨大变化。

麻省理工学院团队 具体添加了 他们模型中的“结块变量”描述了玉米淀粉分子之间的摩擦接触量,而不是润滑接触量,以预测这个新变量将如何响应不同压力而变化。 然后,他们对之前的实验室实验进行了计算机模拟,其中包括在两块板之间压缩和剪切欧不裂,并向欧不裂坦克发射小型模拟射弹,以测试模型的预测。 这些模拟与之前研究的实验结果相匹配。

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