防晒霜、沙子和冰淇淋的惊人科学作者：Shane Keating， 对话防晒霜是一种“剪切稀化液”，这意味着它在压力下更容易流动。图片来源：Shutterstock啊，海滩的夏天！脸上的阳光，脚趾间的沙子，手中的冰淇淋。对于年轻和年长的科学家来说，去海滩旅行也是探索一些迷人流体的特殊性质的绝佳机会。

风雨同舟

带上防晒霜。当你第一次从瓶子里挤出防晒霜时，它很容易在你的皮肤上铺开，提供一个均匀的保护层来抵御太阳光线。但是一旦涂在皮肤上，防晒霜就会变得更稠——它具有更高的粘度——防止它滴落。

粘度是流体在施加力时保持其形状的能力。防晒霜是所谓的剪切稀化液，这意味着摩擦它会使它的粘度降低，因此它可以更自由地流动。

这种效应通常发生在含有称为聚合物的链状分子的流体中。在静止状态下，聚合物以不规则的方式缠结在一起；但是当它们被推来推去时，它们会将自己重新排列成更容易相互滑过的层。

剪切稀化流体很常见。番茄酱是一个典型的例子：它在静止时具有高粘度，使它粘在瓶子的侧面，直到你摇晃它，这样它的粘度就会降低并从喷嘴中流出。

当番茄酱落在你的盘子上时，它的粘度再次增加，所以它形成了令人满意的团块。（如果这开始让你流口水，你会很想知道唾液也是一种剪切稀化的液体。）

海滩上的足迹

与剪切稀化流体相反的是剪切稠化流体，它是一种粘度随外力增加而增加的材料。

一个熟悉的例子是非常湿的沙子：如果你拿起一把，它会像粒状蛋羹一样在你的手指间流动。然而，当你挤压它时，沙子变得坚硬，并且与直觉相反，看起来很干。

这种称为湿沙效应的行为是因为手的压力将细小的沙粒推开，从而产生空间，让水从表面流失。

同样的效果让您可以在湿沙上跑步，在您的脚着陆的地方产生坚硬和干燥的斑块。但是，如果你站着不动，轻轻地扭动脚趾，湿沙就会变成液态，让你的脚沉入水中——当你把它们拉出来时，会发出令人愉悦的啜饮声。海滩上的牛顿

较简单的流体，例如水，具有或多或少的恒定粘度。这些被称为牛顿流体，以艾萨克·牛顿 (Isaac Newton) 的名字命名，牛顿在他 1687 年的著名著作《原理》中首次写下了数学定律来描述它们。

要了解粘度，请想象通过吸管喝水。吸吮时，吸管顶部的压力低于底部的压力，向上吸水。

靠近吸管壁的流体受到摩擦，因此它比靠近中心的流体流动得更慢。牛顿推断流体分离成薄层，这些薄层以取决于施加的力的相对速度相互滑动。

粘度测量这些不同层之间的摩擦量。粘度越大（想想奶昔），您必须施加更大的力才能将液体吸入吸管。

众所周知，牛顿粘度定律是一个数学理想。没有真正的流体完全以这种方式表现，但水、酒精和植物油等常见流体非常接近。

相比之下，非牛顿流体——包括剪切稀化和剪切稠化流体——不遵守牛顿粘度定律：它们的粘度根据施加在它们身上的力的大小而变化。

冰淇淋勺

是时候吃点冰淇淋了。冰淇淋是奶油、牛奶、糖和调味剂的冷冻混合物，但正是奶油的独特行为导致了真正好的冰淇淋的点滴乐趣。

奶油是一种奇特的东西。它是牛奶中富含脂肪的部分，与其水基分离。

由此产生的脂肪球乳液和少量液体使奶油具有丝滑感。搅打奶油时，施加的力会破坏脂肪球的膜，脂肪球的膜围绕着被困空气聚集在一起，产生气泡和奶油的悬浮液：生奶油。

鲜奶油是一种称为宾汉塑料的非牛顿流体：在静止状态下，它是半固体，形成坚硬的峰，非常适合舀到草莓或烤饼上。但在足够的力量下，它可以像液体一样流动：例如，通过一罐速溶鲜奶油的喷嘴。

任何手工制作过鲜奶油的人都知道，关键成分是时间。从液体到半固体的转变是通过在一段时间内施加力引起的。

困在奶油中的气泡使冰淇淋具有枕头般的柔软度。事实上，空气可以占冰淇淋总体积的 50%，这就是为什么它的密度比水小——以及为什么你可以用它来让冰淇淋漂浮起来。

神奇的液体

非牛顿流体存在于各种有用的物质中，从生物燃料到防弹衣再到血浆，还有很多关于它们的发现。正如艾萨克·牛顿 (Isaac Newton) 所说：“对我自己来说，我似乎只是一个在海边玩耍的男孩，时不时地寻找比平常更光滑的鹅卵石或更漂亮的贝壳，而真理的大海在我面前未被发现。”

有什么更好的方式来度过一个夏日？