摩擦力使玉米澱粉和水變成奇異的“奧布雷克”

微小顆粒之間的摩擦解釋了玉米澱粉在液體中的奇異特性

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玉米澱粉和少量水混合是一種奇特的物質。乍一看,它似乎像任何其他液體一樣——你可以把它從一個碗倒到另一個碗,或者把手浸在裡面。但是,如果你擠壓它或用硬物敲擊液體表面,玉米澱粉漿液會突然變硬——你可以把它揉成球,在上面行走,甚至在上面彈跳。

劇烈攪拌混合物也會使其幾乎變成石頭。耶魯大學物理學家埃裡克·布朗喜歡演示玉米澱粉和水(有時稱為奧布雷克)的怪異之處,方法是用金屬軸將它們混合在一起。他說,如果用力攪拌,他實際上可以折斷杆子。更奇怪的是,這種轉變是可逆的:放慢攪拌速度,看起來是固體的物質會立即變回液體。

長期以來,物理學家們一直努力充分解釋這種快速的液-固轉變,即所謂的剪下增稠。最終,在2003年,一個法國實驗小組首次看到了剪下增稠是顆粒之間摩擦的副產品的跡象。


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最近,研究人員透過粒子相互作用的詳細模擬證實了這一觀點。紐約城市大學化學工程教授傑弗裡·莫里斯說,在低澱粉濃度下,液體會潤滑顆粒,使它們或多或少可以自由移動。莫里斯是最近在《物理評論快報》上發表的一篇關於這種現象的新研究的合著者。莫里斯說,即使有更多的顆粒,水仍然“具有近乎完美的潤滑作用”,直到有人開始攪拌得有點用力。額外的力將懸浮的顆粒猛烈地撞擊在一起,它們粗糙的表面阻止了顆粒彼此滑動。相反,它們形成由摩擦力結合在一起的長而剛性的鏈條,這賦予了剪下增稠流體接近固體的感覺,該研究的主要作者、同樣來自紐約城市大學的瀨戶亮平說。

莫里斯說,“剪下增稠非常了不起”,他指出,為了回答物理學中的“一個基本問題”,人們進行了無數次的實驗和理論研究。布朗說,還有更多的問題有待解決。例如,目前尚不清楚,造成剪下增稠的相同微觀相互作用是否也解釋了奧布雷克的抗衝擊性。

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