非牛顿流体大家族里还有很多更奇葩的成员,砸椰子、防弹都不在话下。
但是,在一睹其风采之前,我们还是先详细了解一下什么是非牛顿流体。
什么是流体
能任意改变形状,能流动的就是流体,比如气体和液体。
一个海洋球不是流体,但成千上万的海洋球装在池子里也可以看作流体。
猫可以任意改变形状,填满容器,有时也可看作流体。
那么,什么是流动呢?
小心翼翼地把一杯水端起来,放在传送带上,缓慢地传送到电梯里,搭电梯平稳地上到6楼,水杯始终没有晃动或旋转。
在这个过程中,这杯水发生了运动,但并没有流动。流动一定伴随着流体内部的相对运动。
流动分为两种:拉伸流动和剪切流动。
○ 拉伸流动,小虾手绘。
用小棒或小勺蘸一些蜂蜜,再拎出来,可以看到蜂蜜向下流动。越往下,蜂蜜变得越细,但是流速也越快。
这种在流动方向上有流速改变的流动,就是拉伸流动。
○ 剪切流动,小虾手绘。
假设在一个巨大池塘的某一部分,风吹动池水的表面,向右匀速运动。
在这种情况下,池水并不是以相同的速度整体向右运动,而是从水面到水底,水流的速度均匀减小,直到池底减为0。
水的流动方向是向右的,但流速沿高度方向(与流动方向垂直)改变,这就是剪切流动。
流体的流动都是由拉伸流动和剪切流动组合而成的。
牛顿黏性实验
牛顿在1687年做了一个实验:
其实就是用两块平行的木板,代替了上面提到的静止的池底,和驱动池水运动的风,在中间的水层中产生剪切流动。
牛顿假设,与木板相邻的水层,会紧紧贴着木板运动或静止,速度与木板相等。这一假设得到了实验的证实。