驚訝!口香糖竟能開椰子 原理到底是啥

驚訝！口香糖竟能開椰子 原理到底是啥

原標題：

　

　口香糖搓成圓椎體狀真的能開椰子？（視頻截圖）

牙膏是典型的賓漢流體（資料圖片）

　　烈日炎炎的夏天，正是喝椰子汁、吃椰肉的好時節。這裡有一個有趣的問題：如果手邊只有榴槤、橡皮筋、口香糖三種東西，你覺得可以選擇其中哪一種，能快速打開一隻椰子呢？

　　你可能想像不到，研究者會告訴你，用口香糖開椰子正是其中最為簡單可行的方法。

　　如果你想知道這其中的原理，就需要好好了解一下非牛頓流體與牛頓流體的各種物質了。

　　脹流性流體：吃軟不吃硬

　　——口香糖、澱粉溶液、海灘上的溼沙、混凝土漿屬於脹流性流體

　　用口香糖開椰子的正確姿勢是什麼呢？

　　首先把幾片沒有嚼過的口香糖揉成一個圓錐形，然後尖端朝上，底部平放在桌子上，接著用手捧起椰子到一定高度，用力往口香糖上砸。我們會發現，口香糖不僅不會被砸扁，反而會把椰子砸出了一個洞。如此反覆幾次，椰子就能被破開。

　　口香糖究竟為何擁有如此神功？其實其中的原理就是——非牛頓流體原理。口香糖中有一種膠基的成分，屬於非牛頓流體中的切力增稠流體，這種流體在大的外力作用下黏度會變大，且外力越大，黏度就越大。

　　當椰子以高速撞擊口香糖時，口香糖黏度迅速增大，此時就表現得像固體一樣堅硬，從而扎破椰子堅硬的外殼。而外力一旦撤出之後，它又會恢復成液體的性質。如果外力作用小而緩慢，它就會表現得和普通液體一樣，具有流動性。它還真是一個吃軟不吃硬的傢伙。

　　這種流體在發生增稠時，體積會略微膨脹，所以切力增稠流體也叫脹流性流體。澱粉溶液、海灘上的溼沙、混凝土漿等都屬於這類流體。

　　脹流性流體黏度的改變，和它內部的結構有關。即發生切力增稠時，流體內部便形成了某種結構。

　　脹流性流體通常為多相混合物，比如海灘上的溼沙，是沙子和水的混合物。在沒有外力作用或者外力作用很小時，不規則的沙粒緊密堆積，水可以均勻地填充在沙粒之間的間隙中，起到潤滑劑的作用。當有人一腳踩在沙子上，原本緊密堆積的結構被破壞，沙粒間產生「錯位」便會使得體積增大；同時水被迫向周圍運動，流動發生紊亂，阻力會增大，而沙子也因為失去潤滑劑的作用，流動更加困難。所以，海灘上滲入海水的沙面比幹沙子好走，就是因為溼沙的這種特性會使我們的腳更不容易陷下去。

　　賓漢流體：有時像固體，有時像液體

　　——牙膏、洗面奶、護手霜等屬於賓漢流體

　　既然有非牛頓流體，就必然有牛頓流體。剪切應力和剪切速率符合牛頓流體公式的流體都屬於牛頓流體。水、空氣都是牛頓流體，它們的剪切應力和剪切速率成正比關係。

　　只要是剪切力和剪切速率不符合牛頓流體公式的流體，都稱為非牛頓流體。除了脹流性流體外，非牛頓流體還包括假塑性流體和賓漢流體。廚房中的各種醬料、油、高分子溶液、泥漿，乃至生物體內的血液、細胞液都是非牛頓流體。

　　賓漢流體的剪切應力和剪切速率也是成線性關係，但與牛頓流體不同的是，它有一個屈服應力，只有當外力大於屈服應力時它才會發生流動。

　　最典型的賓漢流體就是牙膏。在沒有外力作用時，它看上去像固體。只有當我們用力擠牙膏時，它才會從管子裡面「流」出來，被擠到牙刷上時，它也依然能夠保持一定的形狀而不會「趴」下去。如果不去擠它，即使你把牙膏管倒過來，它也不會流出來。

　　同樣的，我們可以推測出，像洗面奶、護手霜之類的東西也是賓漢流體。建築上用的油漆也需要設計成賓漢流體，我們既要求它在攪拌和塗刷時能夠流動，同時也要求它在塗到牆上之後不會因為重力的作用而從牆上流下來，也就是說油漆的屈服應力應該大於自身重力。

　　同脹流性流體一樣，賓漢流體也是一種多相混合物。一般認為，賓漢流體中的填充物形成了三維網狀結構，這種結構具有一定的強度，能夠抵擋較低的外力；當外力足夠大時，三維結構被破壞，填充物才會隨著溶劑一起流動。

　　假塑性流體：欺軟怕硬

　　——血液、巖漿、酸奶、番茄醬、洗髮水屬於假塑性流體

　　如果說脹流性流體吃軟不吃硬，那麼假塑性流體就是欺軟怕硬的傢伙。假塑性流體表現出來的性質和脹流性流體恰恰相反，在低剪切速率下黏度保持為常數，當剪切速率增大，黏度反而減小。也就是說給它施加的外力越大，它表現出來的黏度越小。所以它也叫做切力稀化流體。

　　很多高分子液體屬於這類流體。流體的黏度可以理解為流體內分子之間的摩擦力，摩擦力越大，黏度就越大。高分子液體中的溶質是一種分子質量很大、結構很長的分子，在沒有外力的情況下，它們通常呈捲曲狀態，分子之間可能會相互纏結、碰撞，摩擦力比較大；當有外力存在時，捲曲的分子就會沿著剪切力的方向伸展開來，分子平行排列，相互之間的摩擦力就減小了，因而黏度也降低了。

　　血液、巖漿、酸奶、番茄醬、洗髮水都屬於假塑性流體。當我們緩慢攪拌酸奶或番茄醬的時候，會發現比較費勁，而攪拌得快了，反而會更加輕鬆，其實就是如上的道理。

　　假塑性流體還有一個很有趣的現象——凱伊效應。當一束高黏度的假塑性流體射向一個固體表面的時候，固體表面會把液束向上反彈回去。

　　仔細觀察實驗現象，不難發現，發生反彈的水流的下方總是積聚了一層流體，再結合假塑性流體的性質，整個過程應該是這樣的：快速下落的液束對下方的黏性流體堆造成衝擊，流體表面因為受到衝擊力，黏度變小，受到撞擊後形成一個酒窩狀的凹坑，同時黏度降低的表面充當潤滑劑的作用，最終使得下落的液束被反彈出去。

　　（蔡東民）