藕粉与非牛顿流体:哪吒破咒背后的科学奥秘

本文从电影《哪吒之魔童闹海》中哪吒破“穿心咒”的情节引出藕粉,进而深入探讨藕粉所具有的非牛顿流体特性,包括非牛顿流体的概念、类型、独特物理特性以及在多领域的广泛应用等内容。

在电影《哪吒之魔童闹海》里,哪吒破“穿心咒”那场戏,特效难度堪称S级,剧情也相当揪心。不过呢,今天我们既不谈特效技术,也不聊剧情(毕竟咱可不想剧透),而是来聊聊藕粉。为啥要聊藕粉呢?这是因为呀,当哪吒突破“穿心咒”的时候,常规的挣扎都没法挣脱,可当他彻底放松之后突然猛地用力,就成功突破了。这背后的原因是哪吒的本质体是藕粉浆,而藕粉浆属于非牛顿流体。藕粉是我们日常生活里常见的食材。它是用新鲜的莲藕加水磨成粉末浆水,然后经过澄水沉淀、脱水烘干后制成的。当藕粉按照合适比例重新与水混合调配成淀粉浆体时,就会呈现出一种奇妙的物理特性——非牛顿流体性质。从藕粉糊来看,藕粉依旧保持固态颗粒,这些颗粒的分子之间形成了复杂的链接结构。当受到外力作用时,这种结构会发生应变响应,使得藕粉浆体发生形变。藕粉糊在遭受不同大小和速度的剪切力时,会表现出不同的流动性,这就是非牛顿流体的特性。那什么是非牛顿流体呢?非牛顿流体是指不符合牛顿黏性实验定律的流体,其黏度会随着作用于其上不同性质的剪切力的改变而改变。在剪切应力作用下,非牛顿流体的剪切应力与剪切速率的关系并非简单的线性关系。这种特性使得非牛顿流体在受到缓慢剪切时,会出现拉伸、扭曲和断裂等应变现象;而在快速剪切力作用下,这种粘性物质不会迅速产生应变,反而表现出固态物质的坚硬特性。非牛顿流体有多种类型:01. 剪切稀化流体(假塑性流体)剪切稀化流体的黏度随着剪切速率的增加而减小。这类流体在静止时较为黏稠,一旦施加外力,黏度就会下降,流动就变得更容易,通俗来讲就是欺软怕硬,你强它就弱,你弱它就强。02. 剪切增稠流体剪切增稠流体的黏度随着剪切速率的增加而增大。当施加力让它们流动时,它们会变得更黏稠,也就是“遇强则强,遇弱则弱”。比如藕粉就属于剪切增稠流体。03. 宾汉姆塑性流体宾汉姆塑性流体在超过一定的剪切应力后才开始流动。在屈服应力以下,它们表现得像固体,超过屈服应力后,就表现为牛顿流体。就像我们挤牙膏时会发现,牙膏在没受到挤压力时保持固体形态,当施加的压力超过某个阈值时,牙膏就会从管口流出来,表现出液体的特性。04. 黏弹性流体这类流体既有黏性又有弹性特性。当受到外力时,它们的形状不仅会改变,还可能储存一些能量,并且在外力撤去时部分恢复原状。常见的解压硅胶玩具就是黏弹性流体。当你用力拉长它时,它会被拉伸得很长,这是黏性的表现;而当你停止拉伸后,它会缓慢地恢复原来的形状。非牛顿流体还具有多种独特的物理特性:01. 射流胀大当非牛顿流体被迫从一个大容器流入一根毛细管,再从毛细管流出时,射流的直径会比毛细管的直径大。02. 爬杆效应在黏弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯中旋转实验杆,液面会向杯中心流动,并沿杆向上爬,液面变成凸形。03. 无管虹吸或开口虹吸对于高分子液体,如聚异丁烯的汽油溶液等,将管子从容器中拨起时,液体仍会源源不断地从杯中抽出,继续流进管里。甚至不需要虹吸管,将装满该液体的烧杯微倾使液体流下,该过程一旦开始就不会中止。非牛顿流体力学在‌化学纤维工业、‌塑料工业、‌石油工业、化学工业、轻工业、食品工业等领域有着广泛的应用。01. 食品加工非牛顿流体被用作增稠剂乳化剂等,用于改善食品的口感和质地。02. 石油开采作为压裂液和钻井液,有助于控制油田的渗透性,提高开采效率。03. 医学工程用于模拟血液的流动,优化血管支架等医疗设备的设计。04. 材料科学用于制备纳米颗粒、生物降解聚合物等高性能材料。

本文从电影情节引出藕粉这一常见食材,详细阐述了藕粉所体现的非牛顿流体的特性、类型、独特物理特性以及在多个领域的广泛应用,让读者对非牛顿流体有了较为全面的认识。

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