非牛顿流体: 用锤子砸为什么会被弹开？

大家好，欢迎来到我们的实验室！今天，我们将一起探索一个有趣的现象：为什么用锤子用力砸非牛顿流体（例如淀粉和水的高浓度溶液）会被弹开？

首先，我们来对比一下水和非牛顿流体。 水是我们熟悉的牛顿流体，它的流动性质相对稳定。而非牛顿流体则特立独行，在受力时会改变自身的流动性质。实验中使用的淀粉和水的高浓度溶液就是一种典型的非牛顿流体。

那么，什么是剪切力和剪切应力呢？ 简单来说，剪切力就像我们用手去'推'流体，试图改变它的形状；而剪切应力则是流体对这种'推力'的抵抗力，它的大小等于剪切力除以受力面积。

接着，我们要了解流体的流速梯度。 想象一下水流，流速梯度描述的就是水流速度在空间中的变化快慢。当流速梯度较大时，流体内部的摩擦力增大，流动起来就比较困难，就像蜂蜜一样粘稠；反之，流速梯度较小时，流体流动起来就比较容易，就像水一样'顺滑'。

现在，让我们来认识一下牛顿粘性定律。 这个定律描述了牛顿流体的流动规律，它指出牛顿流体的剪切应力与剪切力成正比，也与流速梯度成正比。也就是说，你施加的力越大，流体流动得越快。

以水为例， 当我们用手指搅动水时，水会顺着手指的方向流动，而且搅动得越用力，水流的速度就越快，这就是牛顿粘性定律的体现。

然而，非牛顿流体并不遵循这个定律。 它们的粘度会随着剪切应力的变化而变化。当受到的外力突然增大时，非牛顿流体的粘度会迅速增加，甚至表现出类似固体的性质。

回到我们的实验， 当我们用锤子用力砸向非牛顿流体时，巨大的冲击力会产生极高的剪切应力，导致流体粘度瞬间飙升，仿佛变成了一块'固体'，从而将锤子弹开。

总结来说， 非牛顿流体的奇特行为源于其粘度并非固定不变，而是会随着所受压力或力的变化而变化。正是这种奇特的性质，使得非牛顿流体在材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

希望今天的实验能帮助大家更好地理解流体力学，也激发大家对科学探索的兴趣！