摩擦力使玉米淀粉和水变成奇异的“奥布雷克”

微小颗粒之间的摩擦解释了玉米淀粉在液体中的奇异特性

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玉米淀粉和少量水混合是一种奇特的物质。乍一看,它似乎像任何其他液体一样——你可以把它从一个碗倒到另一个碗,或者把手浸在里面。但是,如果你挤压它或用硬物敲击液体表面,玉米淀粉浆液会突然变硬——你可以把它揉成球,在上面行走,甚至在上面弹跳。

剧烈搅拌混合物也会使其几乎变成石头。耶鲁大学物理学家埃里克·布朗喜欢演示玉米淀粉和水(有时称为奥布雷克)的怪异之处,方法是用金属轴将它们混合在一起。他说,如果用力搅拌,他实际上可以折断杆子。更奇怪的是,这种转变是可逆的:放慢搅拌速度,看起来是固体的物质会立即变回液体。

长期以来,物理学家们一直努力充分解释这种快速的液-固转变,即所谓的剪切增稠。最终,在2003年,一个法国实验小组首次看到了剪切增稠是颗粒之间摩擦的副产品的迹象。


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最近,研究人员通过粒子相互作用的详细模拟证实了这一观点。纽约城市大学化学工程教授杰弗里·莫里斯说,在低淀粉浓度下,液体会润滑颗粒,使它们或多或少可以自由移动。莫里斯是最近在《物理评论快报》上发表的一篇关于这种现象的新研究的合著者。莫里斯说,即使有更多的颗粒,水仍然“具有近乎完美的润滑作用”,直到有人开始搅拌得有点用力。额外的力将悬浮的颗粒猛烈地撞击在一起,它们粗糙的表面阻止了颗粒彼此滑动。相反,它们形成由摩擦力结合在一起的长而刚性的链条,这赋予了剪切增稠流体接近固体的感觉,该研究的主要作者、同样来自纽约城市大学的濑户亮平说。

莫里斯说,“剪切增稠非常了不起”,他指出,为了回答物理学中的“一个基本问题”,人们进行了无数次的实验和理论研究。布朗说,还有更多的问题有待解决。例如,目前尚不清楚,造成剪切增稠的相同微观相互作用是否也解释了奥布雷克的抗冲击性。

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