北京
新研究表明液體存在斷裂點，在應力作用下會斷裂而非如科學家長期認為的那樣流動。
德雷克塞爾大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，液體在特定條件下似乎也能像固體一樣斷裂。這一發(fā)現(xiàn)可能改變我們對流體力學的認知，研究表明粘性流體在受到足夠大的拉伸力時會突然斷裂。
與固體在拉伸后最終會斷裂不同，液體從未被認為存在斷裂點。然而這項新研究似乎對這一認知提出了挑戰(zhàn)。
"我們的發(fā)現(xiàn)表明，如果用足夠大的單位面積力拉伸，一種簡單液體——即具有流動性的液體——會達到我們所說的'臨界應力點'，此時它會像固體一樣真正發(fā)生斷裂，"協(xié)助領導該研究的德雷克塞爾大學工程學院助理研究教授塔米雷斯·利馬博士表示。
有趣的是，研究團隊還發(fā)現(xiàn)液體"斷裂"時會產(chǎn)生類似固體斷裂時的突然聲響。不用說，這也完全出乎意料。
"我們觀察到的現(xiàn)象實在太出乎意料，以至于我們需要重復多次實驗來確認其真實性，"領導該實驗室研究的德雷克塞爾大學工程學院教授尼古拉斯·阿爾瓦雷斯博士解釋道。
"一旦確認了這一現(xiàn)象，這項研究就變成了一個完全不同的科學探索方向，"他補充道。
液體終究會斷裂
"這真是令人難以置信的發(fā)現(xiàn)，"利馬說。"斷裂時發(fā)出的巨大爆裂聲甚至嚇了我一跳。起初我以為是機器壞了，但很快就意識到聲音來自被拉伸的液體。"
這項研究的關鍵在于，液體只有在被高速拉伸而無法從應力處"流走"時才會發(fā)生這種斷裂。與固體類似，這為應力積累到足以形成突然斷裂提供了足夠時間。
通過實驗，研究團隊發(fā)現(xiàn)液體通常在約2兆帕的張力下發(fā)生斷裂。當然，具體數(shù)值取決于液體的粘度。
粘度越高，似乎越容易斷裂。"這很可能適用于所有簡單液體，包括水和油等常見例子……這從根本上改變了我們對流體動力學的理解，"她補充道。
"盡管粘彈性和聚合物液體——比如歐不裂或自制粘液——已表現(xiàn)出類似固體的斷裂行為，但簡單液體一直被認為在其玻璃化轉變溫度以上會持續(xù)變形，因此不會斷裂，"利馬表示。
至于這對實驗室外的現(xiàn)實世界意味著什么，它可能為各個行業(yè)開辟一些有趣的研究方向。"證明粘性效應足以促進類似固體的斷裂行為，為這一科學探究領域開啟了一個充滿新問題的世界，"她說。
未來有趣的研究方向
例如，使用液體聚合物的3D打印技術，可能從對液體斷裂極限的更好理解中受益。而將液體拉伸成纖維的纖維制造工藝，顯然也能從這些見解中獲益。
在醫(yī)學領域，可以研究血液等液體是否會在特定條件下斷裂并尋找避免方法。液壓系統(tǒng)則是另一個有趣的研究方向。
"這表明許多其他彈性液體也可能在相對相似的臨界應力點發(fā)生斷裂，"利馬補充道。"這指向一種相對獨立于化學性質、可能廣泛適用于各類液體的現(xiàn)象，"她解釋道。
另一個有趣的研究方向可能是船舶或潛艇螺旋槳、水泵及部分聲納系統(tǒng)中的空化現(xiàn)象。其中微小氣泡形成后劇烈潰滅，會損壞金屬、產(chǎn)生沖擊波并發(fā)出噪音。
隨著對相關物理機制的更深入理解，未來或許有可能限制甚至消除空化問題。
"既然我們已經(jīng)報告了這種未預期的行為，接下來重要的工作就是充分理解其發(fā)生原因以及該行為在其他液體中的表現(xiàn)，"利馬說。"觀察這一發(fā)現(xiàn)如何應用于纖維紡絲及其他使用粘性液體的領域也將十分有趣，"她補充道。
該研究論文已發(fā)表于《物理評論快報》期刊。
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