花生酱是一种液体——它和其他意想不到的液体的物理性质
2025-03-02 09:06

花生酱是一种液体——它和其他意想不到的液体的物理性质

  

  

  为了对话

  美国运输安全管理局(Transportation Security Administration)的要求深深印在了每个飞行常客的脑海里:你可以随身携带体积不超过3.4盎司(100毫升)的液体。

  但当美国运输安全管理局最近根据这条规定没收了一罐Jif时,花生酱爱好者们表示强烈反对。一些对安全持怀疑态度的人可能会怀疑饥饿的警察只是想自己做pb&j。然而,美国运输安全管理局认为花生酱是一种液体,一罐全尺寸的花生酱超过了3.4盎司的限制。

  就像美国人最喜欢的豆科三明治配料一样,这个故事——以及它引发的愤怒——开始传播开来。然而,我是一名研究流体流动的机械工程师,TSA的行动对我来说是有意义的。根据科学定义,花生酱确实是一种液体。

  第一个公司nsider液体

  要定义液体,我们必须先定义流体。当施加剪切力时,任何连续流动的物质都是流体。把剪切力看作是通过物质的切割作用,使其连续流动。例如,移动你的手臂会导致周围的空气改变形状——或者用物理术语来说是变形——然后流动出去。当你的手臂游泳时,水也会发生同样的事情。

  液体有很多种。有些像空气或水一样可以预测并平稳移动。这些流体被称为牛顿流体,以艾萨克·牛顿爵士的名字命名。科学地说,牛顿流体是一种剪切力与其施加在材料上的应力成正比的流体,称为剪切应变。对于牛顿流体来说,流体流动的阻力——也就是它的粘度——在给定的温度下是恒定的。

  其他类型的液体就不那么顺畅和容易移动了。对于一些,如花生酱,可能需要最小的剪切力或切削力才能使其流动,并且它可能随剪切应变非线性变化。想象你正在搅拌一罐花生酱。如果你搅拌得非常快,用更大的剪切力,PB会变得更松软,而如果你搅拌得很慢,PB会保持坚硬。这些类型的流体被称为非牛顿流体。花生酱粘在一起可能比流动更容易——也许你可以把这种运动考虑成更大块的风格。

  花生酱实际上是非牛顿流体的一个很好的例子,因为它不像空气或水那样容易流动,但如果施加足够的力,比如用刀把它涂在面包上,它就会流动。它流动的容易程度也取决于温度——你可能经历过把花生酱涂在热吐司上后滴下来的情况。

  我们周围到处都是奇怪的液体

  我们的日常生活——但不是我们的飞机行李——充满了意想不到的液体。一般来说,如果它能流动,它就是流体。它最终会变成容器的形状。

  一些令人惊讶的液体是花生酱的厨房邻居,比如生奶油、蛋黄酱和饼干面糊。你会在浴室里找到其他的,比如牙膏。自然界中还有其他奇怪的流体,比如熔岩、泥石流、雪崩和流沙。

  砾石可以被认为是流体状的。单个的颗粒是固体,但砾石颗粒的集合可以倒进容器里——这就是所谓的颗粒流体,因为它具有流体的性质。同样的道理也适用于从盒子里倒出来的麦片或把糖倒进碗里。

  车辆在繁忙的高速公路上流动,人们从拥挤的体育场馆涌出。

  你甚至可以认为躺在阳光下的猫是一种液体,因为它已经变平并填满了它的容器般的皮肤。困倦、放松的狗、松鼠,甚至是昏昏沉沉的婴儿,都可以被定义为液体。

  液体是流体的一种

  现在,你可能会反对:但是,运输安全管理局没有把花生酱称为液体,他们说它是液体!

  流体分为两大类:气体和液体。气体和液体都可以变形,倒进容器后,就会变成容器的形状。但是气体可以被压缩,而液体不能,至少不容易被压缩。

  花生酱可以倒进容器里,然后它就会变形,或者变成容器的形状。每个5岁的孩子都知道花生酱不会压缩。当他们把PB&J饼干或花生酱饼干挤在一起时,花生酱不会被挤成更小的体积。不,它会从两边喷到手上。

  所以,对花生酱的评价是:美味的液体。

  如果你打算在飞机上做一个PB&J三明治,那就带不到3.4盎司的液体花生酱吧。它的液态表亲果冻也是如此。(对话)

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