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口香糖能开椰子 以柔克刚是真的

2022-09-16 14:38:44|图文来源:科技日报

【长知识】

最近,有人在网上展示自己如何用没嚼过的口香糖砸开了椰子壳。很难想象,这么硬的椰子壳,竟然被软软的口香糖“击破”了!

这究竟是不是真的呢?网友又是如何做到的呢?

口香糖属于非牛顿流体

在解释“口香糖砸开椰子壳”的原因之前,我们先要了解一种特殊的物质——非牛顿流体(Non-Newtonian fluid)。

非牛顿流体,在物理学定义上,指不满足牛顿黏性实验定律、剪切力和剪应变率为非线性关系的流体,在不同受力条件下会呈现出固体或液体的特质。

非牛顿流体的类别有很多,主要可以分为纯黏性非牛顿流体和黏弹性非牛顿流体。生活中常见的鸡蛋蛋清、口香糖、血液等,都具有非牛顿流体的特征。

在各种生活小实验中,大家常用的非牛顿流体通常是纯黏性非牛顿流体中的两类——分别是剪切增稠流体和剪切变稀流体。上面提到的砸开椰子壳的口香糖,就是其中的剪切增稠流体,我们接下来就详细说说它。

剪切增稠流体:吃软不吃硬

剪切增稠(shear thickening),是指剪切速率或者剪应力增加到某一个数值时,液体中形成了新的结构,引起了阻力的增加,导致液体的表观黏度增大,同时伴随着体积胀大的现象。

一般情况下剪切增稠流体呈现出稀软的状态,当受到外部剪切力时,如撞击等猛烈刺激,流体内部的分子间应力就会变大,外在表现为黏度升高,质感就会变得坚硬,也就是俗称的“遇强则强”“吃软不吃硬”。

而口香糖之所以能砸开椰子壳,就是因为口香糖中含有的胶基成分正属于这种剪切增稠流体;如果轻柔地按压口香糖,会感觉到它的触感很黏软,但要是快速打击,口香糖就会瞬间变硬,加上用力向下砸椰子时冲击带来的反作用力,分分钟刺穿椰子壳也就不足为奇了。

日常生活中,我们也可以轻易地制作出一种剪切增稠流体,比如用玉米淀粉和水混合之后形成的水淀粉。

用勺子搅拌这种水淀粉,你就会发现,随着搅拌速度的增加,搅拌难度也在增大。当搅拌到一定程度时,你用勺子使劲、快速戳水淀粉的表面,可能无法戳动;但若把勺子放在水淀粉表面,它却会慢慢下沉。

剪切增稠流体的实际应用很广泛。在科研领域,已有利用这一流体特质制作的液体防弹衣,比起普通的纤维防弹衣,它穿起来更加舒适、防弹效果也更好。

剪切变稀流体:吃硬不吃软

与剪切增稠流体相反,剪切变稀流体(剪切稀化,shear thinning)则是指流体的黏度随剪应变率的增加而减小,也就是“遇强则弱”“吃硬不吃软”。

一般情况下,在没有受到剪切力时,它们呈现出黏稠的状态,如果对其施加足够大的剪切力,如快速搅拌,流体就会变稀。

举例来说,我们常用的番茄酱,就是剪切变稀流体的一种。用完的番茄酱瓶瓶底常会有一层番茄酱,轻轻倒置无法将剩余酱汁流出,但当我们敲击瓶底或大力甩瓶身后,番茄酱就能流出。

沼泽也是一种剪切变稀流体,当人们陷入沼泽时,如果快速挣扎,反而会让沼泽变稀,进而加快人体下陷速度。所以我们看到一些求生指南告诉大家,一旦陷入沼泽,不要用力挣扎而是要尽量展开四肢延缓下沉的速度。这一求生要领,大家一定要切记。

嚼过的口香糖或失去“神力”

回到“口香糖砸开椰子壳”的问题,如果是用嚼过的口香糖,还能砸开椰子壳吗?

这个问题就要从口香糖的成分说起了。口香糖的主要成分是糖和酯胶基质,嚼过的口香糖里,糖分被人体吸收,糖分变少、水分变多,这导致其结构发生改变,其非牛顿流体的属性也随之消失了。

相比未嚼过的口香糖,嚼过的口香糖剪切增稠效果较差,自然也就失去了“神力”,砸椰子壳的效果也就打了折扣。

从网上的“口香糖砸椰子壳”看:一是口香糖应捏成锥体状,最好大一些;二是砸的时候要稳、准、狠,这样成功概率会比较大。还有最重要的一点,一定要在坚固可靠的容器里面砸,不然砸下去之后虽然成功破开了椰子壳,但里面的椰汁可能就全都流走了。

(来源:数字北京科学中心) 

责任编辑:章庆