神奇的非牛顿流体，你了解多少

在一个少儿节目中，节目组导演给小朋友们出了一个难题：如何用口香糖砸开椰子？只见小朋友们把口香糖捏成尖锥体，用力将椰子快速砸向口香糖，令人不可思议的一幕出现了：椰子便被砸开了。那么，这个实验是真实的吗？

节目组导演给出了答案：其实，这是一个关于非牛顿流体特性的实验。

那么，什么是非牛顿流体？所谓非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体。简单来说，非牛顿流体是一种很有个性、非常酷的流体：如果你对它的压力大，它就会立刻变成固体；你对它的压力小，它就会变成液体。“当小朋友们将椰子用力且快速的砸向口香糖，尖锥体型的口香糖受到椰子快速且巨大的作用，就变成了坚硬的利器，也使得椰子被砸开。”导演接着说道。

要想明白什么是非牛顿流体，我们首先需要了解“牛顿流体”这个概念。所谓牛顿流体，是指在任意小的外力作用下即能流动的流体，并且流动的速度梯度与所加的切应力的大小成正比，这种流体就叫做牛顿流体。自然界中许多流体是牛顿流体，比如水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等等都属于牛顿流体。

根据牛顿的理论，流体的粘度值都是恒定不变的，如水、酒精、轻质油等。然而，后人通过研究发现，流体的粘度实际上并不是恒定不变的，引起粘度值变化的常见的因素是剪切率、时间等。所谓非牛顿流体，指的就是不满足牛顿粘性定律的流体。

非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中，实际上，绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。比如人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”，都属于非牛顿流体。

非牛顿流体在食品工业中也很普遍，比如番茄汁、淀粉液、蛋清、苹果浆、浓糖水、酱油、果酱、炼乳、琼脂、土豆浆、熔化巧克力、面团、米粉团、以及鱼糜、肉糜等各种糜状食品物料，也都是非牛顿流体。在工业生产领域，非牛顿流体也广泛存在，如石油、泥浆、水煤浆、陶瓷浆、纸浆、油漆、油墨、牙膏、家蚕丝再生溶液，以及钻井用的洗井液和完井液、磁浆、某些感光材料的涂液、泡沫、液晶、高含沙水流、泥石流、地幔等也都是非牛顿流体。

现实生活中，我们经常使用的太白粉溶液就是一种典型的非牛顿流体。它的主要特征是：流体的粘度会因为受到的压力或速度而变化，压力越大速度越快，粘度会增加，甚至可以成为暂时性的固体。如果把非牛顿流体，比如淀粉浆放入一个盆子或者浴池里边，当你慢慢伸手进去，感觉就像是液体；如果你快速滑动，感觉它像是固体。“太棒了！”“这种感觉极其神奇！”参加实验的同学如是说。“即使你双脚跳入盆子里，你还能在上面跳，甚至跑步。”

在电视武侠剧中，我们常常看到轻功水上漂这种绝技，而这种“水”，很可能就是用非流体做成的。换句话说，这种“绝技”，我们每一个人都能做到。如果在一条“大河”里边灌满非牛顿流体，我们每一个人都可以玩“轻功水上漂”。

1944年，Weissenberg在英国伦敦帝国学院，公开表演了一个有趣的实验：在一只有黏弹性流体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面将呈凹形；而对于黏弹性流体，却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观察到这一“奇怪”现象。科学家们曾经做了一个实验：把一根长勺子立在一个装满非牛顿流体的池子或者大容器里，要把长勺子拿起来必须轻轻地拿，否则的话非牛顿流体就会像爬山虎一样紧紧缠着勺子。

非牛顿流体的粘度介乎于液体与固体之间。当它的表面受到压力时，会开始变硬，具备一定的固体特性；当表面没有压力时，又非常柔软，和液体一样。根据这种特性，有人已经研发制作“非牛顿流体”防弹衣。这种防弹衣会比老式防弹衣舒适柔软，而且防弹性能也会更好。据介绍，这种液体防弹衣(Liquid body armor)最初是由英国BAE公司研发生产，它有一个昵称，又叫“防弹蛋奶糊”，这是因为用于制作它的特殊液体材料与英国人常喝的蛋奶糊有点相似。当蛋奶糊被加热并被搅拌时，它就会变稠变厚，而这种特殊液体材料在受到子弹撞击以后也会迅速变厚变硬。

由于非牛顿流体涉及许多工业生产部门的工艺、设备、效率和产品质量，也涉及人本身的生活和健康，所以非牛顿流体越来越受到科学工作者的重视。