你一定不知道,洗发水还能这样玩

 

来看下面的视频,纤细的洗发水液流从相对较高的地方落下来——这是一种简单有趣的流体现象,在家就可以观察得到。

看到那些随机向各个方向飞出的洗发水液流了吗?这就是这个实验所要观察的重点,这种现象名叫凯伊效应(Kaye effect)。当液流纤细、流速快到一定程度时,最容易观察到这种现象。

视频用了微距和高速,比较容易看清细节。为了形成连续同时又比较纤细的洗发水液流,我用了下图中的装置。

除了洗发水之外,像洗洁精之类的东西也能观察到类似的现象。下面是一段我用洗洁精拍的版本,用洗洁精观察的话下落的高度要再放低一些。

这种现象发生在具有剪切稀化性质的粘稠非牛顿流体上。" 剪切 " 是一个容易让人困惑的名词,不过其实它指的就是液体层之间的平移摩擦。剪切稀化的意思就是说,当两层流体之间摩擦摩擦的时候,局部的粘度就会降低,变成更稀的样子。洗发水就属于剪切稀化的流体。

为什么洗发水液流没有立即融合到下方的洗发水中,反而还喷射了出去呢?首先,当洗发水、蜂蜜这样粘稠的液体流下时,它们会在局部 " 堆积 " 起来,再加上下落液流的冲击作用,在堆积处又会形成凹陷的 " 小坑 "

蜂蜜 | Pixabay

这些小坑就可以成为抛射液流的轨道,而促成液流在轨道中顺利滑行的则是剪切稀化的性质。

洗发水液流以一定速度相对下方静止的洗发水运动,于是,在它们的接触面上,液体就出现了摩擦——于是,按照上面提到的,接触面局部的液体就变稀了。这层变稀的液体会起到润滑的作用,让洗发水液流更容易在下方的洗发水表面滑行,而不是直接融合进去。流下的洗发水遇到凹陷的 " 轨道 ",再加上润滑层的作用,就可以让液流 " 飞 " 出液面之上,这就是我们看到的凯伊效应了。

对比一下侧面的实拍图:

这个过程持续时间很短,在高速摄影下才能看清细节,不过通过肉眼也完全可以观察到

至于洗发水为什么属于剪切稀化流体,答案是:故意设计成这样的。这种设计的目的是方便使用:静止时足够粘稠可以防止洗发水从手上流走,摩擦时变稀又能让洗发水容易挤出来,而且又容易涂抹。日化产品中有一些专门的成分可以用作这种流变性的调整,比如说 " 卡波姆 ",仔细看成分表的话经常能看到。

实验本身操作起来并没有难度,也没有什么危险,不过很容易把洗发水弄得到处都是,所以最好还是在浴室里玩吧……记得在妈妈生气之前收拾好哦~

作者:窗敲雨

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