非牛顿流体是什么?它的原理又是什么?


上帝说:“要有非牛顿流体。”,于是猫猫:“你叫我喵? ”

猫,一种非牛顿流体

咳咳,言归正传,非牛顿流体,顾名思义,自然是一种不是牛顿流体的流体。牛顿流体通常被定义为服从广义牛顿公式的流体:

其中,μ和λ分别称为第一粘性系数和第二粘性系数,p 称为静压。所以非牛顿流体就是一种不能被上述广义牛顿公式所描述的一类复杂流体的总称。其可以大致按照如下方式进行分类:

而其更是体现出十分有趣的物理特性,例如,爬杆效应:

在一只盛有黏弹性流体(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(如图 a);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(如图 b)。爬杆效应也称为 Weissenberg 效应。

而非牛顿流体也更是被广泛应用于生活中的各种事物中,例如,轻功水上漂 :(实际上是剪切增稠效应)

非牛顿流体:不止一面

而对于猫猫的非牛顿流体研究,甚至获得了搞笑诺贝尔奖!(这篇文章Fardin M A. On the rheology of cats. Rheology Bulletin, 2014, 38(2):16-17,30.)

2017 年,第 27 个“第一届”搞笑诺贝尔奖

是不是感觉难以置信?猫猫:“反正我是信了,这就给你表演个 Weissenberg 效应 ”

猫的爬杆效应(也即 Weissenberg 效应)

啊~多么美妙的非牛顿流体啊,多么美妙的猫猫啊,不妨让我们再次回味一下 Fardin 文章的第一句话[1]:

万物皆流,无物常驻...

怎么样,是不是想到孔子说过,“逝者如斯夫,不舍昼夜...” ?


参考资料:

[1]Fardin M A. On the rheology of cats. Rheology Bulletin, 2014, 38(2):16-17,30

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