【討論】流體力學

[*皮皮仔* 10]

之前去參加營隊時~

學長姐們為我們做了個實驗:

玉米粉加入適當的水,均勻攪拌後,所得到的混和物以手指"緩緩"插入,其表現出液體的特性.

反之以手指"快速"插入,則表現出固體的特性而無法插入.

剛剛查了一下維基百科,他說這是"非牛頓液體",具有記憶效應.

騎上說血液也是非牛頓液體.

(1)血液為何是非牛頓液體的一種?

那麼我想請問大家...

(2)"牛頓液體"與"非牛頓液體"之間的差別?

又,(3)"水"是屬於哪一種?

(4)若以極大且極為迅速的力道使一會動的物體(人應該辦不到吧= =?)在水上奔跑是否有可能?

[Zeta 10]

牛頓流體與非牛頓流體的差別就在於「流動模式」

符合「牛頓黏性定律」的流體就稱為牛頓流體 ( Newtonian fluid )，反之稱為非牛頓流體 ( non-newtonian fluid )

是否為牛頓流體要做實驗才會知道，無法用公式推導出來，非牛頓流體的例子以「賓漢流體」模式與「Ellis model」最多

像是泥漿 ( slury )、黏土等等的流體；有一個很有趣的問題，「麻糬是什麼流體？」

這是我同學去口試時被教授問的問題，他當場答不出來，不過還是上了XD

水是牛頓流體

這些問題剛好是我以前唸的課程，不過我真的是忘的一乾二淨

[龍族琴聖 10]

其實流體的性質和他的分子有很大的關係

玉米粉屬於長鏈狀澱粉

受應力時糾結

其實可以看看蜂蜜被倒出來時

它會從瓶口溜回去

試試看血液吧

是否為牛頓流體應該可以算出他的係數在來判別吧

我只聽過在玉米粉上跑

在水上也能?

[無冬夜 10]

女中科成發時他們學妹說牙膏也是

他說牙膏受力時表現出流體的性質不受力表現固體的性質

那時候忘了問XD

[Zeta 10]

遵守以下這個公式［牛頓黏性定律］的流體稱為「牛頓流體」

左邊稱為剪應力，右邊是黏度與速度梯度，至於公式中的負號可有可無，主要是每本書的觀點不同［取決於座標］

所以會有負號的差異，有無負號都對。但這是狹義形式，廣義形式要去翻書才有，網路上是找不到的

流體模式還有一個，是冪次定律模式［power law model］

流體受到剪應力作用時的形變結果可以看以下這個圖［非牛頓流體模式］：

左邊第一條稱為賓漢塑性流體，左二的稱為擬塑性流體，右二的稱為膨脹性流體，右一稱為牛頓流體

縱坐標是剪應力［shear stress］，橫座標是剪率［shear rate，或稱為速度梯度 ( velocity gradient ) ］

由剪應力對速度梯度作圖即為斜率，圖中牛頓與賓漢流體模式的斜率皆呈線性［一次方正比］，其餘兩者為非線性

因為要模擬流體的真實情況，故加入的參數越多情況就越複雜。賓漢流體與牛頓流體其實是部份相同的［都呈線性］

只是賓漢流體多了一個截距，除了截距，還有斜率也不同，公式網上找不到。

玉米粉加入適當的水,均勻攪拌後,所得到的混和物以手指"緩緩"插入,其表現出液體的特性.

反之以手指"快速"插入,則表現出固體的特性而無法插入.

這情況跟從高空跳海是一樣的道理，你從平地跳入游泳池沒事，因為距離短

要是從高空跳往海面，身體到達海面時，這時海面會呈現［固體］的特性，人全身的骨骼都會被打碎

所以要是飛機失事，從一般的客機［兩萬英呎以上］上往下跳，就算下面是海面，人也沒有活命的機會，就是這個道理。

記憶效應我剛剛查了，那是材料系的東西了，或是跟高分子物理的「線性黏彈性」部分有關，不太好理解。

[幻楓冰羽 10]

女中科成發時他們學妹說牙膏也是

他說牙膏受力時表現出流體的性質不受力表現固體的性質

那時候忘了問XD

因為牙膏是賓漢塑性流體

必須達到一定的剪應力之後才會開始有速度梯度的變化

[Zeta 10]

因為牙膏是賓漢塑性流體

必須達到一定的剪應力之後才會開始有速度梯度的變化

因為一個物體受到應力作用時，在這一個切面有兩個方向相反的一對力

另一切面又有另一組方向相反的一對力，這樣無窮多切面組合起來的受力就是此物體的總受力

所以要描述一個物體的受力用向量是不夠的

p 是切面上受的力，n 是法向量，其餘三個是應力，知道有這個公式就可以。

有興趣繼續深入探討者可以參考連續介質力學［連體力學］，或是Transport Phenomena 一書後的數學簡介。