[科普中國(guó)]-口香糖開椰子！這背后有科學(xué)知識(shí)

假如現(xiàn)在讓你以最快的速度打開一個(gè)完整無損的外殼堅(jiān)如磐石的椰子，可是沒有任何其他工具，只有一片還未開封的普通口香糖，一個(gè)新鮮的堅(jiān)硬的榴蓮，還有許多根普通橡皮筋，請(qǐng)問你能不能想出什么奇妙的方法來實(shí)現(xiàn)？

我們先把懸念留在這里。首先我們先來明確一下非牛頓流體和牛頓流體的區(qū)別。所謂牛頓流體，就是符合牛頓粘性定律的流體：流體中的剪應(yīng)切力與剪切變形速率呈線性關(guān)系。如水就是一種牛頓流體。而非牛頓流體，顧名思義，是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。其實(shí)粗略地說，非牛頓流體的特質(zhì)之一就是當(dāng)它所受的外力越大、越快的時(shí)候，它自己就越堅(jiān)硬，有點(diǎn)兒“遇強(qiáng)則強(qiáng)”的意思。你給它的力越大、越快，它返給你的阻礙力也就越大，似乎變成了堅(jiān)不可摧的固體。而如果你給它的是緩慢、持續(xù)的力，那么它也就像普通的液體一樣，對(duì)你的阻礙力很小，使你可以輕而易舉地穿透它。

而口香糖就是一種典型的非牛頓流體。所以現(xiàn)在揭開謎底，前文所述的打開椰子的最快的方法就是，將干的口香糖捏成一個(gè)尖錐狀放置在地上即可，直接用雙手抓住椰子用力迅速地向口香糖的尖端上砸，只要雙手的力氣即可，砸下去的那一刻你會(huì)神奇地發(fā)現(xiàn)，看似以卵擊石的行為卻使椰子被生生撞開一個(gè)洞。而如果用榴蓮去砸椰子，其實(shí)是以硬碰硬，可榴蓮即使再硬也沒有椰子的殼硬，所以用榴蓮是很難將椰子砸開的。而倘若是試圖用許多橡皮筋將榴蓮勒開或者崩開，都很難實(shí)現(xiàn)。

圖：口香糖開椰子

不過并不是所有的非牛頓流體都有上述性質(zhì)。只要是剪切力和剪應(yīng)變率不符合牛頓流體公式的流體都稱為非牛頓流體，其種類可分為膨脹性流體、假塑性流體等等。而只有膨脹性流體才有上述性質(zhì)，因此它又稱為剪切增稠流體。淀粉溶液即是一種膨脹性流體。其他類型非牛頓流體則性質(zhì)不同，比如說假塑性流體則是“遇強(qiáng)則弱”。巧克力即是一種假塑性流體。

隨處可見的非牛頓流體

非牛頓流體在我們生活中隨處可見。人體內(nèi)的血液、淋巴液等都是非牛頓流體，我們?nèi)梭w其實(shí)就是一個(gè)“非牛頓流體的大容器”。日常生活中的食用油、牙膏、瀝青、油漆等也都是非牛頓流體。豆腐是如何來的？原來是豆?jié){，只要向里加一點(diǎn)點(diǎn)鹵水，它一下子變成像固體一樣的豆腐。即它能對(duì)外界微小的作用做出強(qiáng)烈的反應(yīng)。這是非牛頓流體在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用之一。

武俠小說中常常見到武林高手們有一招神奇的絕技“輕功水上漂”，令人羨慕不已。雖然現(xiàn)實(shí)中我們難以做到，不過我們聯(lián)想，既然非牛頓流體可以承受住快速?gòu)?qiáng)大的力量，那么人可不可以利用這一點(diǎn)在它上面奔跑而不陷下去，從而實(shí)現(xiàn)真正的“輕功水上漂”呢？當(dāng)然可以！

圖：人在非牛頓流體上奔跑

如果有科學(xué)愛好者想自己親自體驗(yàn)一下水上漂的奇妙體驗(yàn)，可以嘗試用體積比約為2：1的玉米淀粉與水的混合比來親自動(dòng)手制作一份太白粉非牛頓流體溶液?；旌虾髷嚢杈鶆?，靜置待淀粉完全沉積在容器底部后，倒掉上層清液，剩下的物質(zhì)即為非牛頓流體。

利用非牛頓流體“遇強(qiáng)則強(qiáng)”的神奇特性，還可以實(shí)現(xiàn)很多有價(jià)值的應(yīng)用。液體防彈衣就是其中一例。相比于傳統(tǒng)的防彈衣使用鋼板、陶瓷等材料制作，液體防彈衣的一大優(yōu)點(diǎn)就是它不僅比鋼板等材料制作的防彈衣更加堅(jiān)固，而且更重要的是它質(zhì)量輕，穿在身上足夠靈活便捷舒服，使得穿戴者能夠?qū)崿F(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有效地阻隔子彈。

其實(shí)神奇的非牛頓流體還有許多有意思的性質(zhì)。如爬桿效應(yīng)：在一只有黏彈性流體（非牛頓流體的一種）的燒杯里，旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)桿。對(duì)于黏彈性流體，會(huì)向杯中心流動(dòng)，并沿桿向上爬，液面變成凸形，甚至在實(shí)驗(yàn)桿旋轉(zhuǎn)速度很低時(shí)，也可以觀察到這一現(xiàn)象。再比如飯店在做點(diǎn)心時(shí)，要用到攪拌機(jī)和面粉。攪拌機(jī)內(nèi)的攪拌桿周圍的濕面粉（也是一種非牛頓流體）也會(huì)聚集在桿的周圍，產(chǎn)生爬桿效應(yīng)。

圖：爬桿效應(yīng)

科學(xué)帶給我們便利的生活、展現(xiàn)不可思議的現(xiàn)象、創(chuàng)造無盡的可能性，科學(xué)的力量是無窮的。神奇的非牛頓流體只是冰山一角，科學(xué)的未來由你去發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造。