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哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

来源:数字北京科学中心2025-03-11 15:35

  在电影《哪吒之魔童闹海》中,哪吒破“穿心咒”的戏属于难度最大的S级特效,剧情也让观众十分揪心。但是今天,咱们不讨论特效技术,也不讨论剧情(咱不剧透),咱们讨论藕粉。

  因为↓↓↓

哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

  在哪吒突破“穿心咒”时,各种常规的挣扎都无法挣脱,但是当哪吒完全放松下来,然后突然猛地用力,便成功突破了“穿心咒”,原来这是因为哪吒的本质体是藕粉浆,而藕粉浆是非牛顿假塑性流体。

藕粉

  藕粉是我们日常生活中常见的一种食材。它是由新鲜的莲藕经过加水磨制而成粉末浆水,然后经过澄水沉淀,脱水烘干后成为藕粉。当藕粉按照适当的比例,重新与水混合调整到淀粉浆体后,它会展现出一种奇妙的物理特性——非牛顿流体性质。

哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

  在藕粉糊中,藕粉仍然保持固态颗粒,而颗粒的分子之间形成了复杂的链接结构,这种结构在受到外力作用时会发生应变响应,从而导致藕粉浆体的形变。藕粉糊在受到不同大小和速度的剪切力时,使浆体表现出不同的流动性,从而表现出非牛顿流体的特性。

非牛顿流体

  非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,其黏度会随着作用在其上不同性质的剪切力的改变而改变。在剪切应力作用下,非牛顿流体的剪切应力与剪切速率的关系不是简单的线性关系。这种特性使得非牛顿流体在受到缓慢剪切时会发生拉伸、扭曲和断裂等应变现象。但在快速剪切力的作用下,这种粘性物质不会快速产生应变,从而表现出固态物质的坚硬特性。

非牛顿流体的类型

  非牛顿流体有多种类型:

  剪切稀化流体(假塑性流体)

  剪切稀化流体的黏度随着剪切速率的增加而减小。这类流体在静止时表现为黏稠,但一旦施加外力,黏度就会下降,流动变得更容易。通俗理解就是欺软怕硬,你强它就弱,你弱它就强。

  剪切增稠流体

  剪切增稠流体的黏度随着剪切速率的增加而增大。当你施加力使它们流动时,它们变得更黏稠,也就是“遇强则强,遇弱则弱”。

哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

  宾汉姆塑性流体

  宾汉姆塑性流体在超过一定的剪切应力后才开始流动。在屈服应力以下,它们表现得像固体,超过屈服应力后,它们表现为牛顿流体。大家在挤牙膏时会发现,牙膏在没有受到挤压力时,它保持固体形态,当施加的压力超过某个阈值时,牙膏便会从管口流出来,表现出液体的特性。

  黏弹性流体

  这类流体既具有黏性,也具有弹性特性。当受到外力时,它们的形状不仅会改变,还可能会储存一些能量,并在外力撤去时部分恢复原状。常见的解压硅胶玩具便是黏弹性流体。当你用力拉长它时,它会被拉伸得很长,这是黏性的表现;但当你停止拉伸后,它会缓慢地恢复原来的形状。

  具有独特的物理特性

  非牛顿流体具有多种独特的物理特性:

  射流胀大

  当非牛顿流体被迫从一个大容器流入一根毛细管,再从毛细管流出时,射流的直径会比毛细管的直径大。

  爬杆效应

  在黏弹性流体(非牛顿流体的一种)的烧杯中旋转实验杆,液面会向杯中心流动,并沿杆向上爬,液面变成凸形。

哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

  无管虹吸或开口虹吸

  对于高分子液体,如聚异丁烯的汽油溶液等,将管子从容器中拨起时,液体仍会源源不断地从杯中抽出,继续流进管里。甚至不需要虹吸管,将装满该液体的烧杯微倾使液体流下,该过程一旦开始就不会中止。

哪吒突破穿心咒,背后竟是这个科学原理

非牛顿流体的应用

  非牛顿流体力学在‌化学纤维工业、‌塑料工业、‌石油工业、化学工业、轻工业、食品工业等领域有广泛的应用。

  食品加工

  非牛顿流体被用作增稠剂、乳化剂等,改善食品的口感和质地。

  石油开采

  作为压裂液和钻井液,帮助控制油田的渗透性,提高开采效率。

  医学工程

  用于模拟血液的流动,优化血管支架等医疗设备的设计。

  材料科学

  用于制备纳米颗粒、生物降解聚合物等高性能材料。

  (审核专家:周洪直 北京工业大学物理与光电工程学院高级实验师,硕士生导师)

[ 责编:孙云清 ]
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