[科普中国]-口香糖开椰子！这背后有科学知识

假如现在让你以最快的速度打开一个完整无损的外壳坚如磐石的椰子，可是没有任何其他工具，只有一片还未开封的普通口香糖，一个新鲜的坚硬的榴莲，还有许多根普通橡皮筋，请问你能不能想出什么奇妙的方法来实现？

我们先把悬念留在这里。首先我们先来明确一下非牛顿流体和牛顿流体的区别。所谓牛顿流体，就是符合牛顿粘性定律的流体：流体中的剪应切力与剪切变形速率呈线性关系。如水就是一种牛顿流体。而非牛顿流体，顾名思义，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪应变率之间不是线性关系的流体。其实粗略地说，非牛顿流体的特质之一就是当它所受的外力越大、越快的时候，它自己就越坚硬，有点儿“遇强则强”的意思。你给它的力越大、越快，它返给你的阻碍力也就越大，似乎变成了坚不可摧的固体。而如果你给它的是缓慢、持续的力，那么它也就像普通的液体一样，对你的阻碍力很小，使你可以轻而易举地穿透它。

而口香糖就是一种典型的非牛顿流体。所以现在揭开谜底，前文所述的打开椰子的最快的方法就是，将干的口香糖捏成一个尖锥状放置在地上即可，直接用双手抓住椰子用力迅速地向口香糖的尖端上砸，只要双手的力气即可，砸下去的那一刻你会神奇地发现，看似以卵击石的行为却使椰子被生生撞开一个洞。而如果用榴莲去砸椰子，其实是以硬碰硬，可榴莲即使再硬也没有椰子的壳硬，所以用榴莲是很难将椰子砸开的。而倘若是试图用许多橡皮筋将榴莲勒开或者崩开，都很难实现。

图：口香糖开椰子

不过并不是所有的非牛顿流体都有上述性质。只要是剪切力和剪应变率不符合牛顿流体公式的流体都称为非牛顿流体，其种类可分为膨胀性流体、假塑性流体等等。而只有膨胀性流体才有上述性质，因此它又称为剪切增稠流体。淀粉溶液即是一种膨胀性流体。其他类型非牛顿流体则性质不同，比如说假塑性流体则是“遇强则弱”。巧克力即是一种假塑性流体。

随处可见的非牛顿流体

非牛顿流体在我们生活中随处可见。人体内的血液、淋巴液等都是非牛顿流体，我们人体其实就是一个“非牛顿流体的大容器”。日常生活中的食用油、牙膏、沥青、油漆等也都是非牛顿流体。豆腐是如何来的？原来是豆浆，只要向里加一点点卤水，它一下子变成像固体一样的豆腐。即它能对外界微小的作用做出强烈的反应。这是非牛顿流体在我们日常生活中的应用之一。

武侠小说中常常见到武林高手们有一招神奇的绝技“轻功水上漂”，令人羡慕不已。虽然现实中我们难以做到，不过我们联想，既然非牛顿流体可以承受住快速强大的力量，那么人可不可以利用这一点在它上面奔跑而不陷下去，从而实现真正的“轻功水上漂”呢？当然可以！

图：人在非牛顿流体上奔跑

如果有科学爱好者想自己亲自体验一下水上漂的奇妙体验，可以尝试用体积比约为2：1的玉米淀粉与水的混合比来亲自动手制作一份太白粉非牛顿流体溶液。混合后搅拌均匀，静置待淀粉完全沉积在容器底部后，倒掉上层清液，剩下的物质即为非牛顿流体。

利用非牛顿流体“遇强则强”的神奇特性，还可以实现很多有价值的应用。液体防弹衣就是其中一例。相比于传统的防弹衣使用钢板、陶瓷等材料制作，液体防弹衣的一大优点就是它不仅比钢板等材料制作的防弹衣更加坚固，而且更重要的是它质量轻，穿在身上足够灵活便捷舒服，使得穿戴者能够实现自由运动，同时有效地阻隔子弹。

其实神奇的非牛顿流体还有许多有意思的性质。如爬杆效应：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。对于黏弹性流体，会向杯中心流动，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，也可以观察到这一现象。再比如饭店在做点心时，要用到搅拌机和面粉。搅拌机内的搅拌杆周围的湿面粉（也是一种非牛顿流体）也会聚集在杆的周围，产生爬杆效应。

图：爬杆效应

科学带给我们便利的生活、展现不可思议的现象、创造无尽的可能性，科学的力量是无穷的。神奇的非牛顿流体只是冰山一角，科学的未来由你去发现与创造。