牛頓!你來告訴我,瓶裝番茄醬為什麼倒不出來!

　　世界上最遙遠的距離不是生與死，

　　而是一瓶番茄醬就在你面前，

　　你卻倒不出來！

　　炸薯條是很受人們歡迎的一種食物，尤其搭配酸甜可口的番茄醬簡直就是人間美味。但是面對顏值頗高的瓶裝番茄醬，每次倒番茄醬總是費時費力倒不出，真是讓人崩潰。

　　為什麼要用瓶裝番茄醬呢？H J Heinz在1969年將他的番茄醬裝進透明玻璃瓶裡出售，他的這一創舉是為了讓人們更直觀地看到調味醬，展示自己產品純淨無雜質的特點。

　　確實，透明玻璃瓶裝的番茄醬看起來都挺不錯，但用起來卻並不怎麼方便。從玻璃瓶裡倒番茄醬從來都是件麻煩事，尤其是瓶子裡所剩不多的時候。如果輕輕的倒，瓶子裡的番茄醬老是賴著不出來，用力一拍，結果就出來一大坨。。。

　　如果瓶子裡瓶裡裝的是水，把水倒出來簡直易如反掌。番茄醬也是液體，為什麼倒不出來呢？

　　這到底是什麼原理？

　　圖片來源：高分子流變學

　　其實這與番茄醬的物理特性有關。人們最常見的液體，比如水、油、還有酒精，會對力的作用產生線性反應，如果我們用幾倍的力去擠它們，它們就會以幾倍的速度流出來，它們被稱為牛頓流體（牛頓流體：任一點上的剪應力同剪切變形速率之間滿足線性函數關係的流體）。但是番茄醬卻是非牛頓流體（非牛頓流體：是剪應力和剪切變形速率之間不滿足線性關係的流體），同樣的還有牙膏、血液和塗料這類的液體都是非牛頓流體，都不會對力的作用產生線性反應。當它沒怎麼受到應力的時候，會保持很濃稠的狀態，甚至感覺更像軟軟的固體，而當受到足夠多應力的時候，它粘度降低，流動性突然變好。也就是說它們的濃度會根據你用力的大小，時間長度和用力速度改變，具有剪切變稀的性質。於是，猛拍的時候就會悲劇了。。。

　　剪切變稀效應是什麼呢？

　　大多數高分子流體屬於剪切變稀的假塑性流體。

　　各種類型流體的流變曲線

　　「剪切變稀」是假塑性流體的典型流變行為，與材料的結構特點緊密相關。當高分子鏈在平衡態，處於捲曲的無規線團體時，分子鏈構象接近高斯鏈構象。當在外力或外力矩作用下流動時，內部分子鏈的構象被迫發生改變。「剪切變稀」的機理可以認為在外力作用下，材料內部原有的分子鏈纏結點被打開，或者使纏結點濃度下降，使材料粘度下降。

　　番茄醬屬於非牛頓流體中的剪切變稀流體，它的粘度不是常數，簡單來說就是當它沒怎麼受到應力的時候，會保持很濃稠的狀態，而當受到足夠多應力的時候，它粘度降低，流動性突然變好。碰上這種吃硬不吃軟的，只有快速攪拌或用力拍打，就會變稀。

　　同時由於分子鏈的運動具有鬆弛特性，被改變的構象還會在流動中局部或全部地恢復。所以每次倒番茄醬時都得用力拍。

　　若流動很慢，體系所受的剪切應力或剪切速率很小，分子鏈構象變化慢，另外因為流動速率慢，使長鏈高分子偏高原來的平衡構象。取向的高分子間內摩擦減小，相對流動阻力減小，體系宏觀粘度下降，於是出現「剪切變稀」的假塑性現象。

　　原來吃個番茄醬還得知道這麼多知識呢！現在終於知道如何優雅地吃番茄醬了。

　　簡單說，有以下幾個步驟：

　　1、搖一搖：蓋好蓋子，把番茄醬中分散的固體搖晃均勻，讓番茄醬變稀。

　　2、倒過來：保持蓋著蓋子的狀態先把瓶子倒過來，把番茄醬先弄到瓶口附近再說。

　　3、小心傾倒：打開瓶蓋，從直立的狀態開始慢慢傾斜瓶子。可以傾斜45度，並輕柔地拍打瓶底，直到番茄醬順利流動。

　　總之要記牢，番茄醬在拍打中會自動變稀，所以別使那麼大勁。

　　除了像番茄醬這樣剪切變稀的非牛頓流體，有沒有剪切變稠的非牛頓流體呢？

　　舉個例子，在我們的意識中，口香糖這種軟軟的物質只適合在嘴裡嚼，但是幾片口香糖能開椰子簡直神奇了。將剛咀嚼好的口香糖捏成一錐形，接著舉起椰子，用力往口香糖上砸，發現口香糖已經完全嵌入到了椰子殼中，而且椰子殼還開裂了條縫。如此反覆幾次，椰子就能被破開。

　　這是什麼原理呢？

　　口香糖中有一種膠基的成分，屬於非牛頓流體中的剪切增稠流體，對於剪切變稠型的非牛頓流體，流體的粘度會隨所受壓力或剪切的增強而增加，甚至成為暫時性的固體。這種流體在大的外力作用下粘度變大，外力越大，粘度就越大。

　　脹流性流體粘度的改變，可以認為和它內部的結構有關，即發生剪切增稠時，流體內部形成了某種結構。當口香糖受到強烈撞擊時，粘度會瞬時增加，此時就表現得像固體一樣堅硬，以至變得比椰子殼還堅硬，從而戳進椰子殼中並讓其開裂。而如果外力作用小而緩慢，就會表現得和普通液體一樣，具有流動性。細心的研究者發現，發生剪切變稠時，這種流體在發生增稠時體積會略微膨脹，所以剪切變稠流體也叫脹流性流體。

　　和假塑性流體相反，脹流性流體的主要特徵是剪切速率很低時，流動行為基本上與牛頓流體相同，剪切速率超過某一個臨界值後，剪切粘度不是隨剪切速率的增大而減小，而是剪切速率越大，粘度越大，呈剪切變稠效應。

　　脹流性流體通常為多相混合物，粘度的改變與材料內部結構的改變有關，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，不規則的泥沙緊密堆積，泥沙間有一定空隙，內部有流體，起潤滑劑的作用。當一腳踩在沙子上，原本緊密堆砌結構被破壞，泥沙顆粒間產生「錯位」使得空隙增大，體積「膨脹」；原本對泥沙顆粒流動起潤滑作用的流體滲入下方空隙中，流動發生紊亂，阻力增大，流動更加困難。海灘上滲入海水的沙面比幹沙子易於行走，就是這個道理。

　　腳踩海灘汀線時發生的變化。圖片來源：高分子材料流變學。吳其曄，巫靜安編

　　非牛頓流體聽起來是一種很高級的感覺，但其實它非常貼近我們生活的物質。了解非牛頓流體，生活中許多奇奇怪怪的現象都可以用科學解釋。

　　Tips

　　感謝您抽出·來閱讀此文