哪吒突破穿心咒,背后竟是這個(gè)科學(xué)原理
2025-02-12 09:56
來(lái)源: 科普中國(guó)

哪吒突破穿心咒,背后竟是這個(gè)科學(xué)原理

人工智能朗讀:

在電影《哪吒之魔童鬧?!分?,哪吒破“穿心咒”的戲?qū)儆陔y度最大的S級(jí)特效,劇情也讓觀眾十分揪心。但是今天,咱們不討論特效技術(shù),也不討論劇情(咱不劇透),咱們討論藕粉。

因?yàn)椤?/p>

在哪吒突破“穿心咒”時(shí),各種常規(guī)的掙扎都無(wú)法掙脫,但是當(dāng)哪吒完全放松下來(lái),然后突然猛地用力,便成功突破了“穿心咒”,原來(lái)這是因?yàn)槟倪傅谋举|(zhì)體是藕粉漿,而藕粉漿是非牛頓假塑性流體。

藕粉

藕粉是我們?nèi)粘I钪谐R?jiàn)的一種食材。它是由新鮮的蓮藕經(jīng)過(guò)加水磨制而成粉末漿水,然后經(jīng)過(guò)澄水沉淀,脫水烘干后成為藕粉。當(dāng)藕粉按照適當(dāng)?shù)谋壤匦屡c水混合調(diào)整到淀粉漿體后,它會(huì)展現(xiàn)出一種奇妙的物理特性——非牛頓流體性質(zhì)。

在藕粉糊中,藕粉仍然保持固態(tài)顆粒,而顆粒的分子之間形成了復(fù)雜的鏈接結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在受到外力作用時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)變響應(yīng),從而導(dǎo)致藕粉漿體的形變。藕粉糊在受到不同大小和速度的剪切力時(shí),使?jié){體表現(xiàn)出不同的流動(dòng)性,從而表現(xiàn)出非牛頓流體的特性。

非牛頓流體

非牛頓流體是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體,其黏度會(huì)隨著作用在其上不同性質(zhì)的剪切力的改變而改變。在剪切應(yīng)力作用下,非牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。這種特性使得非牛頓流體在受到緩慢剪切時(shí)會(huì)發(fā)生拉伸、扭曲和斷裂等應(yīng)變現(xiàn)象。但在快速剪切力的作用下,這種粘性物質(zhì)不會(huì)快速產(chǎn)生應(yīng)變,從而表現(xiàn)出固態(tài)物質(zhì)的堅(jiān)硬特性。

非牛頓流體的類(lèi)型

非牛頓流體有多種類(lèi)型:

01剪切稀化流體(假塑性流體)

剪切稀化流體的黏度隨著剪切速率的增加而減小。這類(lèi)流體在靜止時(shí)表現(xiàn)為黏稠,但一旦施加外力,黏度就會(huì)下降,流動(dòng)變得更容易。通俗理解就是欺軟怕硬,你強(qiáng)它就弱,你弱它就強(qiáng)。

02剪切增稠流體

剪切增稠流體的黏度隨著剪切速率的增加而增大。當(dāng)你施加力使它們流動(dòng)時(shí),它們變得更黏稠,也就是“遇強(qiáng)則強(qiáng),遇弱則弱”。

03賓漢姆塑性流體

賓漢姆塑性流體在超過(guò)一定的剪切應(yīng)力后才開(kāi)始流動(dòng)。在屈服應(yīng)力以下,它們表現(xiàn)得像固體,超過(guò)屈服應(yīng)力后,它們表現(xiàn)為牛頓流體。大家在擠牙膏時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),牙膏在沒(méi)有受到擠壓力時(shí),它保持固體形態(tài),當(dāng)施加的壓力超過(guò)某個(gè)閾值時(shí),牙膏便會(huì)從管口流出來(lái),表現(xiàn)出液體的特性。

04黏彈性流體

這類(lèi)流體既具有黏性,也具有彈性特性。當(dāng)受到外力時(shí),它們的形狀不僅會(huì)改變,還可能會(huì)儲(chǔ)存一些能量,并在外力撤去時(shí)部分恢復(fù)原狀。常見(jiàn)的解壓硅膠玩具便是黏彈性流體。當(dāng)你用力拉長(zhǎng)它時(shí),它會(huì)被拉伸得很長(zhǎng),這是黏性的表現(xiàn);但當(dāng)你停止拉伸后,它會(huì)緩慢地恢復(fù)原來(lái)的形狀。

具有獨(dú)特的物理特性

非牛頓流體具有多種獨(dú)特的物理特性:

01射流脹大

當(dāng)非牛頓流體被迫從一個(gè)大容器流入一根毛細(xì)管,再?gòu)拿?xì)管流出時(shí),射流的直徑會(huì)比毛細(xì)管的直徑大。

02爬桿效應(yīng)

在黏彈性流體(非牛頓流體的一種)的燒杯中旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)桿,液面會(huì)向杯中心流動(dòng),并沿桿向上爬,液面變成凸形。

03無(wú)管虹吸或開(kāi)口虹吸

對(duì)于高分子液體,如聚異丁烯的汽油溶液等,將管子從容器中撥起時(shí),液體仍會(huì)源源不斷地從杯中抽出,繼續(xù)流進(jìn)管里。甚至不需要虹吸管,將裝滿該液體的燒杯微傾使液體流下,該過(guò)程一旦開(kāi)始就不會(huì)中止。

非牛頓流體的應(yīng)用

非牛頓流體力學(xué)在化學(xué)纖維工業(yè)、塑料工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

01食品加工

非牛頓流體被用作增稠劑、乳化劑等,改善食品的口感和質(zhì)地。

02石油開(kāi)采

作為壓裂液和鉆井液,幫助控制油田的滲透性,提高開(kāi)采效率。

03醫(yī)學(xué)工程

用于模擬血液的流動(dòng),優(yōu)化血管支架等醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)。

04材料科學(xué)

用于制備納米顆粒、生物降解聚合物等高性能材料。

[編輯:林媛媛]