在某檔電視節(jié)目中曾出現(xiàn)過這樣一幅畫面：嘉賓把幾片沒有嚼過的口香糖揉成一個(gè)圓錐形，然后尖端朝上平放在桌子上，接著舉起椰子用力砸向口香糖，這時(shí)觀眾可看見口香糖不僅沒有被砸扁，反而把椰子砸出了一個(gè)洞。如此反復(fù)幾次，椰子就能被砸開。

口香糖為何能擁有如此“神力”？這還得從流體的知識說起。

非牛頓流體

流體是液體和氣體的總稱，是一種受任何微小剪切力的作用都會連續(xù)變形的物體。非牛頓流體（如脹流型流體、假塑性流體等）是指不滿足牛頓粘性定律的流體，即其剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。而牛頓流體是指剪切應(yīng)力和剪切速率符合牛頓流體公式的流體，如水、空氣等。它們的剪切應(yīng)力和剪切速率成正比關(guān)系。

各種流體的流變特性

口香糖中有一種膠基的成分屬于非牛頓流體中的切力增稠流體，這種流體在較大的外力作用下黏度會變大（外力越大，黏度越大）。

當(dāng)椰子以高速撞擊口香糖時(shí)，口香糖中的膠基黏度迅速增大，此時(shí)口香糖就表現(xiàn)得像固體一樣堅(jiān)硬，而一旦外力撤出后膠基又會恢復(fù)成液體的性質(zhì)。如果外力作用小而緩慢，膠基就會表現(xiàn)得和普通液體一樣。

切力增稠流體在發(fā)生增稠時(shí)體積會略微膨脹，所以也叫脹流型流體。淀粉溶液、海灘上的濕沙、混凝土漿等都屬于這類流體。

脹流型流體黏度的改變與其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即發(fā)生切力增稠時(shí)，流體內(nèi)部形成了某種結(jié)構(gòu)。這種流體通常為多相混合物，如海灘上的濕沙便是沙子和水的混合物。在沒有外力作用或外力作用很小時(shí)，不規(guī)則的沙粒緊密堆積，水可以均勻地填充在沙粒間隙中，起到潤滑作用。

當(dāng)有人踩在沙子上，原本緊密堆積的結(jié)構(gòu)被破壞，沙粒間產(chǎn)生“錯(cuò)位”，使得體積增大；同時(shí)水被迫向周圍運(yùn)動，流動發(fā)生紊亂，阻力增大，而沙子也因?yàn)槭櫥饔?，流動更加困難。海灘上滲入海水的沙面比干沙面好走，就是因?yàn)闈裆车倪@種特性使腳不容易陷下去。

賓漢流體

賓漢流體的剪切應(yīng)力和剪切速率也成線性關(guān)系，但與牛頓流體不同的是，它包含一個(gè)屈服應(yīng)力，只有當(dāng)外力大于屈服應(yīng)力時(shí)它才會流動。

最典型的賓漢流體就是牙膏。在沒有外力作用時(shí)，它看上去像固體。只有當(dāng)我們用力擠牙膏時(shí)它才會從管子內(nèi)“流”出來。如果不去擠它，即使把牙膏管倒過來，它也不會流出來。

同樣可以推測，洗面奶、護(hù)手霜等也是賓漢流體。建筑上用的油漆也需要具有賓漢流體的性質(zhì) ，因?yàn)槲覀兗纫笏跀嚢韬屯克r(shí)能流動，又要求它涂在墻上后不會因?yàn)橹亓Χ鴱膲ι狭飨聛?，即油漆的屈服?yīng)力應(yīng)該大于自身重力。

同脹流型流體一樣，賓漢流體也是一種多相混合物。一般認(rèn)為，賓漢流體中的填充物形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度，能抵擋較小的外力。當(dāng)外力足夠大時(shí)，三維結(jié)構(gòu)被破壞，填充物才能隨溶劑一起流動。

假塑性流體

假塑性流體表現(xiàn)出來的性質(zhì)與脹流型流體恰恰相反，在低剪切速率下黏度保持為常數(shù)，當(dāng)剪切速率增大，黏度反而減小。即給它施加的外力越大，它表現(xiàn)出來的黏度越小，所以也叫切力稀化流體。很多高分子液體屬于這類流體。

流體的黏度可以理解為流體內(nèi)分子之間的摩擦力，摩擦力越大，黏度越大。高分子液體中的溶質(zhì)是一種分子質(zhì)量很大、結(jié)構(gòu)很長的分子，在沒有外力的情況下，它們通常呈卷曲狀態(tài)，分子之間的摩擦力較大；當(dāng)有外力存在時(shí)，卷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、洗發(fā)水都屬于假塑性流體。當(dāng)我們緩慢攪拌酸奶或番茄醬時(shí)會發(fā)現(xiàn)比較費(fèi)勁，而攪拌得快時(shí)反而會覺得輕松，就是這個(gè)道理。假塑性流體還有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象——?jiǎng)P伊效應(yīng)。當(dāng)一束高黏度的假塑性流體射向固體表面時(shí)，固體表面會把液束向上反彈回去。（據(jù)科學(xué)大院）

趣味閱讀

攤煎餅的終極奧義

雖然看似簡單，但每張形狀正圓、厚薄均勻、沒有破洞的煎餅都凝聚了制作者對面糊流體力學(xué)的深入理解。最近，法國巴黎綜合理工學(xué)院的愛德華·班卓和新西蘭坎特伯雷大學(xué)的馬修·塞利爾通過數(shù)學(xué)建模，找到了攤出一張“完美”煎餅的方法。

在充分比較了非控制組、協(xié)調(diào)方程-蒙特卡洛解法以及伴隨優(yōu)化求解法的最終結(jié)果后，兩位科學(xué)家找到了一個(gè)實(shí)用的攤煎餅的方法：將攤一張餅所需的面糊一次性倒入平底鍋，然后迅速將鍋傾斜一個(gè)角度，面糊便會流向鍋的邊緣，接著順時(shí)針或逆時(shí)針將鍋轉(zhuǎn)動一到兩圈，使未凝固的面糊自然流動、成型。

根據(jù)伴隨優(yōu)化算法，隨著面糊逐漸受熱凝固，平底鍋的傾角應(yīng)該逐漸減小，轉(zhuǎn)動速度也要放慢。在理想情況下，當(dāng)傾角減小到零，即鍋處于水平位置時(shí)，面糊剛好完全覆蓋鍋底。

需要注意的是，一定要始終沿著同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動鍋，切忌在轉(zhuǎn)動過程中變換方向。

這種方法有個(gè)酷炫的名字：重力驅(qū)動液態(tài)膜的最優(yōu)控制。這一技術(shù)不僅能用來做早餐，還能應(yīng)用到巧克力制造、涂層工藝和彈性薄殼制造等領(lǐng)域，而彈性薄殼在航空航天、船舶制造等方面都有重要應(yīng)用。