奇怪!沙滩上“消失”的脚印究竟去哪儿了?

金色的波浪,白日的海滩,细沙宛如被海浪轻轻梳理过的绸缎,触感柔软且温暖。徜徉海风尽情地踩沙踏浪,是我们迎接夏日到来的仪式感。忽而出现又消失的脚印,像是唯有在海边才有的“捉迷藏”,想要真正找到它,或许你需要这份“攻略”——《生活家化学通识课》。

(下文选自《生活家化学通识课》一书第15章 沙滩上的化学,标题为编者另加)

你是否体验过在海滩上沿着水边的湿沙奔跑时“踩沙”的乐趣?沙地似乎像人行道一样坚固,踩在上面时似乎很难留有痕迹。但是,如果你站了很短的时间,沙地也会微微下陷并留下一个明显且有一点干燥的脚印。另外,在干燥的沙滩上跑步比较困难,因为沙滩会在你的脚下迅速凹陷。为什么会这样呢?

当干沙变湿时,水起到润滑剂的作用,并且使沙粒更有效地聚集在一起,从而导致沙子的流动性变差。然而,跑步者的脚在湿沙上突然施加的剪切力迫使颗粒彼此分开,形成了空腔,而水却还没来得及填入,由此产生的摩擦力阻止了颗粒的运动。另外,如果你站着不动,水就会流入,润滑脚下的沙子并使其重塑。想要进一步了解黏度,请参考以下实验。

我们可以用玉米淀粉和水的混合物(体积比为2∶1)来演示这一理论。这种悬浊液黏度较低,需要用勺子缓慢搅拌。当快速搅拌时,悬浊液会立即稠化为几乎为固体的糊状物;当缓慢搅拌时,糊状物会再次变为液体。

流体的触变则更容易理解。流体中存在一种松散的二级结构,它们充分结合后会使得流体具有高初始黏度。无须复杂的油漆配方,你就可以看到这个现象——只需要从食品柜里取出番茄酱瓶即可。当你敲击或摇晃瓶子时,剪切力会破坏二级结构并使内容物黏度降低。这将导致流体具有更好的流动性,甚至会洒得到处都是。淀粉凝胶中的弱氢键即为番茄酱中的二级结构,使番茄酱结合。触变行为对于乳胶漆的性能是十分重要的。

剪切稀化多见于食品和化妆品。在面包上抹上酱料制作三明治时,在面包不被撕破的条件下,剪切速率为100 mm/s 左右(适合于匆忙做早饭的人),酱料黏度不超过10~30 P(P 指的是泊,即黏度单位,1 P=0.1 Pa · s)。以下是一些常见流体的黏度(以P 为单位):棉花糖奶油,10000 P;蜂蜜,100 P;机油,1 P;水,0.01 P;空气,0.0001 P。花生酱比人造黄油更难抹匀,因为在涂抹造成的剪切稀化下,花生酱的黏度比人造黄油的要高得多。蛋黄酱和芥末酱也具有与人造黄油相似的剪切稀化特性。

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《生活家化学通识课》

作者:〔澳〕本·塞林格

〔澳〕拉塞尔·巴罗

译者:王美艳 田利

书号:9787519293710

定价:168元

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