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是固體還是液體?都不是,它是「毆不裂」!

"陷入流沙時為什麼很難脫身?流沙是固體還是液體?有可能兩者都是嗎?"


撰文╱哈爾蒙(Katherine Harmon)
翻譯/甘錫安

 

科學動手做 影片來分享 
《科學人》雜誌歡迎您一同來動手做實驗,拿獎金!請將您的實驗過程拍攝下來,並發揮創意製作成小短片和大家分享,體驗科學就在你身邊!活動時間:2011年9月15日到11月7日。

 

活動簡介


  陷入流沙時為什麼很難脫身?流沙是固體還是液體?有可能兩者都是嗎?我們將在這次實驗中教你製造一種物質,類似流沙,不過好玩得多。你可以玩玩這種物質,看看它跟一般的液體或固體有什麼不同。



  當我們改變常見物質的溫度,例如把水冷凍成冰,或者煮沸成蒸汽,物質的狀態會改變(由液體變成固體,或是由液體變成氣體)。但這個實驗所製造出的簡單混合物,可以讓我們另外了解到:除了溫度,壓力也會對某些材料的特性造成影響。



背景說明 


  對混合物施加壓力,會提高其黏滯性(濃稠度)。輕輕拍一下「毆不裂」(Oobleck)的表面,會覺 得它很硬,因為這樣會將玉米澱粉粒子壓擠在一起。但如果你把手慢慢浸入這種混合物,猜猜會怎麼樣?你的手指將可輕易地滑進去,就像放入水中一樣。原來慢動 作可讓玉米澱粉粒子有時間移動開來。



  「毆不裂」和其他受壓力影響的物質(例如橡皮泥和流沙等)不像水或油一樣是液體,這種物質稱為「非牛頓流體」,「毆不裂」這個饒富趣味的名稱則是出自美國童書作家蘇斯博士(Dr. Seuss)的Bartholomew and the Oobleck一書。



重要觀念


液體與固體 黏滯性 壓力
選自《美國國家科學教育標準》物體與材料的特性



實驗材料 


水1杯,玉米澱粉1~2杯,大碗1個 食用色素(沒有也無妨)



準備工作 


1. 將一杯玉米澱粉放入大碗,然後把手放進澱粉。玉米澱粉摸起來是不是很光滑?這是因為玉米澱粉的粒子非常細緻。
2. 現在將水倒入大碗,慢慢混合水和玉米澱粉。再慢慢加水,直到混合物變得濃稠(但是輕拍時又會硬化)為止。如果太稀就加入玉米澱粉、太稠就再加一些水。
3. 需要的話,可以加入幾滴食用色素(如果想為「毆不裂」添加色彩,可先把色素溶於水中,再調入玉米澱粉,應該會比較方便操作)。
4. 「毆不裂」沒有毒性,但是進行科學實驗時請特別留意,不要讓「毆不裂」接觸到眼睛,摸過「毆不裂」之後請記得洗手。



實驗開始 


  捲起袖子,準備大展身手吧!將手很快插入「毆不裂」;抽出手,再將手慢慢放入。仔細觀察並體驗兩種狀況之間的差別!
1. 抓起一團「毆不裂」放在手心,看看它有什麼變化?
2. 試著用單手擠壓「毆不裂」,或是用兩手搓揉它,它的反應有什麼不同?
3. 在「毆不裂」中慢慢移動你的手指,再試著加快移動的速度。
4. 自己想想看:還有什麼方法可以試驗「毆不裂」的特性嗎?
5. 再試試看:如果你有大型塑膠桶或水缸,就可製作大量「毆不裂」。將前面列出的材料量乘以10倍以上,然後混合起來。脫下鞋襪,試試看站在「毆不裂」上!你能在上面行走而不會沉下去嗎?讓你的腳沉下去,再試著動動腳趾,看看有什麼變化?



觀察與結果 


  當你擠壓「毆不裂」時發生了什麼事?停止施加壓力後又有什麼變化?「毆不裂」有沒有讓你想到其他東西? 
「毆不裂」混合物不是典型的液體,也不是固體。這種玉米澱粉與水的混合物是一種流體,比較不像水而像流沙。施加壓力(擠壓或拍打)會使它變得更加濃稠。如果你陷在一缸「毆不裂」中,該怎麼做才能逃出來?



清理工作


  用水將手洗淨。加入大量的水以稀釋「毆不裂」混合物,再倒入水槽。拿乾抹布擦去乾掉的玉米澱粉,再用濕海綿清除殘餘的澱粉

 

 

【本文轉載自《科學人雜誌》2011年9月號】