用流變儀精確地捕捉牛頓流體產(chǎn)生剪切應(yīng)力

你可能好奇，機(jī)器里循環(huán)的潤(rùn)滑油、實(shí)驗(yàn)室中精準(zhǔn)配比的溶劑，或是制藥廠生產(chǎn)的某些口服液體制劑，這些與工業(yè)生產(chǎn)、科研實(shí)驗(yàn)緊密相關(guān)的流體，藏著怎樣穩(wěn)定的脾氣？今天，我們就請(qǐng)出實(shí)驗(yàn)室里的流體性格分析師 ——保圣流變儀 (Bohlin Rheometer)，帶大家解鎖流體世界里的模范生：牛頓流體的獨(dú)特魅力！

先給模范生下個(gè)定義：當(dāng)你用勺子溫柔地?cái)噭?dòng)一杯清水，和用攪拌機(jī)高速抽打它時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)水的粘稠感始終沒變 —— 不會(huì)因?yàn)閿嚢杷俣茸兛炀妥兿。�也不�?huì)因?yàn)樽兟�就變稠。這就是牛頓流體最核心的特質(zhì)：粘度（η）恒定，不隨剪切速度（γ˙）變化。無論外界對(duì)待它的方式如何，它都保持著自己的穩(wěn)定本色，像個(gè)恪守規(guī)則的乖學(xué)生。

接下來，看保圣流變儀如何讀懂牛頓流體。它的工作原理就像一場(chǎng)精準(zhǔn)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)：首先，將流體樣品置于儀器的測(cè)量系統(tǒng)中（通常是平行板、錐板等結(jié)構(gòu)）；然后，按照預(yù)設(shè)的程序，對(duì)樣品施加不同大小的剪切速度 —— 從緩慢的輕柔攪動(dòng)，到快速的高速剪切，覆蓋多種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景；在這個(gè)過程中，儀器會(huì)實(shí)時(shí)、精確地捕捉樣品產(chǎn)生的抵抗力，也就是剪切應(yīng)力（τ）。

當(dāng)我們把測(cè)量得到的剪切應(yīng)力（τ）和剪切速度（γ˙）數(shù)據(jù)繪制成圖表時(shí)，神奇的一幕出現(xiàn)了：所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都會(huì)整齊地落在一條優(yōu)雅、筆直的斜線上！這條直線完美契合牛頓在 1687 年提出的經(jīng)典粘性流動(dòng)公式 ——τ=ηγ˙，而公式中的粘度（η），就是這條直線的斜率。每一次測(cè)量，都是對(duì)經(jīng)典物理定律的生動(dòng)驗(yàn)證，也讓我們更直觀地看到牛頓流體的規(guī)則之美。

或許有人會(huì)問：搞清楚牛頓流體的特性，到底有什么用？其實(shí)，這種粘度恒定的特質(zhì)，是無數(shù)工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的基礎(chǔ)保障。比如在汽車工業(yè)中，發(fā)動(dòng)機(jī)使用的潤(rùn)滑油必須是牛頓流體 —— 無論發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快慢（對(duì)應(yīng)不同的剪切速度），潤(rùn)滑油的粘度都要保持穩(wěn)定，才能持續(xù)在零件表面形成均勻的油膜，起到潤(rùn)滑、降溫、防磨損的作用；再比如在制藥行業(yè)，某些口服液體制劑需要是牛頓流體，這樣才能保證每次服用時(shí)，藥物濃度均勻，劑量精準(zhǔn)；還有實(shí)驗(yàn)室里的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、石油開采中的原油輸送等場(chǎng)景，都離不開對(duì)牛頓流體粘度的精準(zhǔn)把控。