非牛頓流體- 太白粉 - NTCU-科學遊戲實驗室

非牛頓流體 · 桌子上擺放一盆太白粉的水溶液，將手插入水溶液中再拿起來，手上會沾滿白色的太白粉溶液。

· 接著張開手掌，沉浸到水盆底部，問觀眾：「如果我快速的提起手，會 ... 國立台中教育大學NTCU 科學教育與應用學系 科學遊戲實驗室　　　回首頁　  非牛頓流體 一會兒軟趴趴，一會兒硬梆梆，這是什麼東西呢？ ※器材：太白粉、水盆、喇叭 ※操作步驟與現象 　　桌子上擺放一盆太白粉的水溶液，將手插入水溶液中再拿起來，手上會沾滿白色的太白粉溶液。

接著向觀眾說明：「這個太白粉溶液看起來沒什麼特別，但是它有一些很特殊的性質。

」，然後握著拳頭，走向觀眾（或是將水盆拿到觀眾旁邊），問：「如果我一拳打下去，會發生什麼事？」。

觀眾直覺上會認為太白粉溶液會噴濺出來，因此，當你一拳打下去，靠近的觀眾自然會想躲開。

但神奇的是，來回的用力搥打（不要停留在溶液上），太白粉溶液不僅沒有噴濺出來，拳頭也不會沾滿太白粉喔！（如圖一） 　　接著張開手掌，沉浸到水盆底部，問觀眾：「如果我快速的提起手，會發生什麼事？」通常觀眾會認為不會發生什麼特別的現象，但是當你快速的將手抽離太白粉溶液時，整個水盆會一起跟著被提起來！（如圖二） 　　最後，在桌上灑上一灘太白粉溶液（如圖三），問觀眾說：「不用任何工具，只用一隻手，可以將這些太白粉溶液全部放到手心上嗎？」，試試看，你能不能成功！ 　　　　　圖一 　　　　　圖二 　　　　　　圖三 觀看實驗影片 ※原理 　　太白粉溶液和一般水溶液的差別是：太白粉溶液是一種「非牛頓流體」，而一般水溶液是「牛頓流體」。

「非牛頓流體」的主要特徵是：流體的黏度會因為受到的壓力或速度而變化，壓力越大，黏度會增加，甚至成為暫時性的固體。

因此當用力搥打非牛頓流體時，接觸面因為壓力大而黏度增加，拳頭就無法進入流體內部，也就不會沾上太白粉了。

　　同樣的，浸泡在太白粉溶液底部的手，快速抽離時，應力使得太白粉溶液的黏度增加，就會黏在手上，整個水盆就會跟著被提上來（注意：水盆不能太大，避免太重提不上來）。

而圖三中要將一灘太白粉溶液全部放到手心上的方法是：快速的來回撥動太白粉溶液，使其形成暫時性的固狀，再迅速 的放到手心上。

但是靜止放在手心時，太白粉溶液很快回復流體狀，從指間流掉。

注意：配製非牛頓流體的太白粉溶液，太白粉和水的體積比例大約是2：1；如果水太多則不容易呈現非牛頓流體的特徵，可自行調整比例。

※延伸的科學遊戲 　　如果空間與經費足夠，可以設計成跑道的形式，亦即製作成長方形的跑道，填裝太白粉溶液，然後可以從一端跑步到另一端（速度不能太慢），每個人都會有如水上飄的輕功，不會沉下去喔。

　　此外，展現非牛頓流體特性的另一操作，是將太白粉溶液倒在喇叭上（比例為太白粉：水=5：2)。

如圖四，先用塑膠袋包覆喇叭，再將太白粉溶液倒在喇叭上，調整頻率約為25Hz，並控制音量大小，可以看到太白粉溶液在喇叭上如同跳舞般的舞動（如圖五），似乎具有生命一樣，相當有趣。

　　　　　　　圖四 　　　　　　　　圖五 　　非牛頓流體還有不少有趣的性質，包括FanoFlow、WeissenbergEffect、BarusEffect等等現象，有興趣的讀者可參考下列資料自行閱讀。

參考資料 1.非牛頓流體：http://elixirr.sg1003.myweb.hinet.net/Chapter14-nonnewtonianfluid.pdf 2.M.I.T麻省理工學院：http://web.mit.edu/nnf/ 3.Sciencelearn：http://www.sciencelearn.org.nz/Science-Stories/Strange-Liquids/Non-Newtonian-fluids 4.Sciencebuzz：http://www.sciencebuzz.org/buzz-tags/non-newtonian-fluids 5.Hight3ch：http://hight3ch.com/fano-flow-non-newtonian-fluids-defying-gravity/ 6.Videojug(1)：http://www.videojug.com/webvideo/how-to-do-the-weissenberg-effect-science-experiment Videojug(2)：http://www.videojug.com/webvideo/how-to-perform-the-barus-effect