简单液体中意外的类固体断裂

首页 我们知道简单的流体可以流动。事实证明，有些会骨折。评论 保存文章 稍后阅读 分享 Facebook 已复制！复制链接 发送电子邮件至 Pocket Reddit Ycombinator 评论 评论 保存文章 稍后阅读 稍后阅读 流体动力学 我们知道简单的流体可以流动。事实证明，有些会骨折。作者：Rohini Subrahmanyam，2026 年 7 月 10 日 研究人员认为，复杂流体之所以能够分解，是因为它们的弹性。但非弹性简单流体中的裂缝让他们质疑这个想法。评论 保存文章 稍后阅读 当以每秒 100 毫米的速度拉动时，氢和碳的混合物会拉伸。以每秒 300 毫米的速度，液体就会破裂。经物理许可改编。莱特牧师。 136, 124002 .美国物理学会版权所有。简介 德雷克塞尔大学化学工程研究教授泰米尔斯·利马（Thamires Lima）研究粘稠液体的特性——比如蜂蜜或糖蜜，尽管在实验室中你更有可能找到聚丙烯或原油。利马使用一种称为拉伸流变学的方法在金属板之间拉伸液体，以找到使它们流动的力。几年前，她正在与石油天然气公司埃克森美孚合作进行一项测试，当时她听到一声短促的尖锐破裂声。 “我以为是机器，”利马说。但裂缝来自于机器拉动的液体：一种粘稠的、黑色的氢和碳混合物。液体没有拉伸，而是破裂了。已知某些弹性复杂流体会发生断裂，这些流体在某些条件下可以像固体一样发挥作用。但利马正在研究一种非弹性简单流体。即使几乎没有弹性，它也会在压力下破裂。宾夕法尼亚大学流体物理学家阿诺德·马蒂森 (Arnold Mathijssen) 表示：“没有人想到这种简单的流体会发生这种情况，因为粘度通常只会重新排列分子。” “你不会指望它会破裂。但它确实会破裂，所以我认为这才是真正令人惊讶的地方。”利马一次又一次地拉伸液体，以证明意外的裂纹不是一次性的。 “每次她测量时，材料都会破裂，”德雷克塞尔大学化学工程教授尼古拉斯·J·阿尔瓦雷斯（Nicolas J. Alvarez）说，他的实验室领导了这项研究。 “它会发出很大的爆裂声。我的意思是，就像你拿起一根橡皮筋，拉动它，然后拉伸它，它就会折断。”利马和阿尔瓦雷斯确信这张照片并非偶然，因此使用高速摄像机更仔细地观察了这一现象。他们意识到这种断裂本质上是一种“脆性断裂”，就是当你掉落玻璃或瓷器制成的盘子时可能会看到的那种断裂。脆性断裂发生在具有弹性的脆性固体上。对玻璃或瓷器施加一些压力，它会变形一点点，然后——如果你不将其推过其断裂点——一旦压力消除，它就会恢复正常。然而，固体从来都不是完美的。在大多数情况下，脆性固体都会有一个微小的缺陷——几十纳米尺度的裂纹。一旦固体受到的应力超过临界点，固体在能量上就变得更有利于裂纹扩展，而不是弹性存储应力。此时，裂纹会灾难性地增长，迅速将固体分解。一些复杂的流体，称为粘弹性液体，也具有弹性。例如，聚合物熔体（塑料中聚合物的熔化版本）由长链分子组成，这些分子链相互缠结并增加了材料的弹性成分。在 2016 年《物理评论快报》的一篇论文中，阿尔瓦雷斯和同事表明，像熔化的聚苯乙烯这样的复杂流体有时会像固体一样破裂。 “我们只是认为弹性是这种坚固类型断裂的先决条件，对吗？”阿尔瓦雷斯说道。因此，他们推测弹性也与液体的破裂有关。但利马正在研究的碳氢化合物混合物是一种简单的流体。简单的流体不会储存太多的弹性能。当它们被推或拉超过极限时，它们通常不会弯曲或断裂 - 它们会流动。因此，关于液体破裂原因的旧理论也许是错误的。 “如果问题没有弹性，那么你如何考虑裂纹的产生或扩展？”在印度班加罗尔国际理论科学中心从事流体力学工作的物理学家布拉托·查克拉巴蒂 (Brato Chakrabarti) 说道。碳氢化合物混合物的裂解让研究人员回顾了明尼苏达大学机械工程师丹尼尔·D·约瑟夫的论文。 1995年和1998年，约瑟夫提出任何液体，无论其弹性如何，在足够大的撕裂应力下都可能破裂。阿尔瓦雷斯想知道液体的断裂点是否与弹性等属性无关，而是与液体结构的更基本的东西有关。 “也许，只是也许，这件事