椰子水既能直接飲用，又可以和咖啡、氣泡水、水果等搭配使用，成了許多人夏季飲品的首選。要想喝上最新鮮且純天然的椰子水，最好的辦法就是去水果店挑一個椰子，然后回家自己打開取水喝。

沒有特殊的工具，怎么在堅硬的椰子殼上開個洞呢？如果說用口香糖就能輕松打開椰子，你相信嗎？

原理揭秘：“吃軟不吃硬”的剪切變稠流體

只要搜一搜，你就會發(fā)現網上有很多口香糖開椰子的視頻。首先買一堆最常見的口香糖，然后把它們捏成底下大上面小的圓錐形，堆放在桌面上，然后把椰子舉起來快速砸向口香糖堆的尖頂。咚的一聲，一個堅硬的椰子居然就被口香糖砸開了！

口香糖居然真的可以在堅硬的椰子殼上開洞。圖源：小紅書

口香糖能開椰子，全靠口香糖“吃軟不吃硬”的特性。面對慢慢的撫摸，它會很溫柔，而面對快速的擊打，它會很強硬。

在揭秘之前，我們先來了解一些流體流動的基本概念。在流體流動時，不同位置的流體往往速度不同。空間上每個點的流體和其周圍的流體之間會存在速度上的變化，它們之間會發(fā)生相對運動。這種相對運動的劇烈程度可以用剪切率這個概念來描述。

流體流動時，空間上速度分布不均勻（圖中不同顏色代表速度大小，紅色越大，藍色越小），每個點都和相鄰位置間存在相對運動圖源：作者繪制

流體內部也會存在相互摩擦，從而對它們之間的相對運動產生一定的抵抗作用，我們把這叫做流體內的剪切應力。我們用手攪水，會感受到阻力，這其中就有一部分是剪切應力帶來的效果。

剪切應力和剪切率之間的比值叫做黏度，是衡量流體流動難易程度的重要屬性。黏度越大，意味著流動相對越難，流體流動時需要克服更大的阻力。

如果黏度和剪切率無關，那么剪切應力和剪切率之間將呈現線性的比例關系。也就是說，剪切率增大多少倍，剪切應力也就相應增大多少倍。擁有這種性質的流體被歸類為牛頓流體，像生活中隨處可見的水、油等都屬于這一類。

與之相對應的，如果黏度隨著剪切率的改變也發(fā)生改變，這種就是非牛頓流體。口香糖就屬于此，它的黏度會隨著剪切率的變大而顯著提高。我們單獨把這種特性的非牛頓流體稱為剪切變稠流體。

繪制剪切應力關于剪切率的變化曲線，牛頓流體是一條斜率固定的直線，而剪切變稠流體是一條斜率逐漸上升的曲線圖源：作者繪制

當口香糖堆與椰子快速碰撞上的一瞬間，頂部撞擊點附近的速度會很大，而剩余區(qū)域仍基本靜止，導致口香糖中產生很高的剪切率。這時，口香糖的黏度會迅速升高，其流動性大幅削弱，瞬間從流體的柔軟狀態(tài)轉變?yōu)榻咏腆w的堅硬狀態(tài)，從而對椰子的外殼產生強大的沖擊力。不僅如此，圓錐形的造型可以把沖擊力進一步集中，使得椰子更容易被擊穿。

還能在哪里看到剪切變稠流體？

類似剪切變稠流體的例子在生活中還有許多，比如在玉米淀粉中加水形成的淀粉糊。你也可以在家做上一盆，親自體驗一下。用手輕輕撈起一把淀粉糊，它能像水一樣從指縫中流走。但如果快速用力地握一下，會感覺淀粉糊變硬了許多，很難徹底捏爛它。

淀粉糊也屬于剪切變稠流體，用力揉搓時像固體，一松手又恢復了高流動性。圖源：Bilibili

有人做過更大膽的實驗，在一個池子中裝滿淀粉糊，然后讓人在上面奔跑。只要達到一定的速度，人就可以不沉下去，傳說中的輕功水上漂就可以這么實現了。

人甚至可以在淀粉糊上奔跑，但只要一停下來就會沉下去。圖源：Bilibili

在一些工程應用中也能發(fā)現剪切變稠流體的身影，它在很多領域中體現出了傳統(tǒng)材料不具備的顯著優(yōu)勢。比如，它可以用于制造高性能防彈衣、運動護具等防護裝備，不僅防護出色、響應迅速、可逆性強，還兼顧穿戴舒適性。同時，它還可以作為減振材料，用于制造阻尼器和緩沖結構，不僅能有效耗散能量，還可以根據環(huán)境沖擊智能調節(jié)振動響應，從而提升設備運行穩(wěn)定性和使用壽命。

非牛頓流體：門派眾多、各具特色

剪切變稠流體只是非牛頓流體的一種，那么還有哪些其他的種類呢？

和口香糖一樣，油漆、牙膏、護手霜都屬于非牛頓流體，各自有各自的特點。圖源：搜狐

剪切變稀流體：與剪切變稠流體相反，它的黏度會隨著剪切率的增大而降低，在緩慢運動時較為黏稠，而在快速運動時變得更稀薄，油漆就是其中之一。它在隨著刷子快速移動時具有很好的流動性，能夠在墻面上順滑攤開。但在靜置時又恢復了高黏度，不會從墻上流淌下來。此外，我們的血液也是一種剪切變稀流體。

賓漢流體：它介于固體和流體之間。當剪切應力低于臨界值時，表現為固體，能夠維持形狀不流動。當剪切應力超過臨界值時，才開始流動。比如，牙膏、護手霜、泥漿等，它們都需要用一定力度擠壓才會從管口流出。

觸變性流體：它的黏度會隨著時間的推移而逐漸降低。比如，軟膏剛擠出時比較黏稠，但隨著反復涂抹，黏度會降低，便于均勻鋪開。

許多非牛頓流體同時具備以上多種特性，也正是這些特性，讓它們在特定的工業(yè)和日常應用中發(fā)揮了重要作用。

最后，你是不是迫不及待想試一下口香糖開椰子了呢？有個小小的建議：不能用嚼過的口香糖哦。因為當我們咀嚼口香糖時，口香糖內部的成分會發(fā)生變化，一些糖類、淀粉等會被溶出，同時增加很多水分，它的非牛頓流體屬性也會改變，打開椰子的效果也會大打折扣。另外，記得砸的時候要快、準、狠哦~

作者：危安然，應用工程師，上海交通大學力學博士

來源：上海科技館

編輯：姬子隰

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