沃吉岛·第八期·猫是液体
2020-11-09 11:28:47今天要给各位忠实的铲屎官一点福利哦
又双叒叕和大家见面啦~
“沃吉岛”第九期
第八期：猫是液体吗？
如今，“吸猫”变成了很多人喜闻乐见的一项活动—— 无论是二次元的猫还是三次元的猫，无论是凝固的固态猫还是流淌的液态猫，你都会被它们迷得神魂颠倒。（至少小编身边就少不了这样的同学）
等等……猫怎么会是液体呢？！！
相信各位铲屎官们一定见过这样的神奇画面：
图片：emoposer 1738 / YouTube
iheartcatgifs.tumblr.com
震惊！谁在我家安装了摄像头！？
哈哈哈，2017年搞笑诺贝尔奖的物理学奖，就颁发给了来自法国里昂大学的研究者Marc-Antoine Fardin，他通过流变学中的“底波拉数”来证明了“猫既可以是固体，又可以是液体”的理论，这可真的是科学吸猫了！
**流变学：指从应力、应变、温度和时间等方面来研究物质变形和（或）流动的物理力学。
Answering the question that won me the Ig Nobel prize: Are cats liquid?
01. What is
liquid?
According to Marc-Antoine Fardin(Nov 9,2017),At the center of the definition of a liquid is an action: A material must be able to modify its form to fit within a
container.（ 一种物质必须能够改变其形状来适应不同的容器（貌似就是猫的性质。。。））The action must also have a characteristic duration. In rheology(流体力学） this is called the relaxation time(驰豫时间).Determining if something is liquid
or not depends on whether it's observed over a time period that's shorter or longer than the relaxation time.
hhh,是液体，石锤了！
等等！貌似有什么不对！
因为。。。这不禁让我开始思考人生。这么一大堆液体居然。。。太不符合我们的直觉了吧。
为了解决猫到底是液体还是固体，
我们必须要引入这些变量了。
02. relaxation time and
the Deborah number
为了描述在特定的实验中物质的行为是更像固体还是液体，我们需要计算这种物质的德博拉数(the Deborah number):
在这个公式中,T称为观测时间，观测时间是指整个实验的持续时间，可以由人为决定，τ称为驰豫时间 (relaxation time )，它表示某一物质发生形变所需要的时间。在实验中，大于1的德博拉数意味着一种物质更像固体，小于1的德博拉数意味着一种物质更像液体。
看来，物体的特性并不是绝对的。就如，冰川是由固体冰构成的，当在短时间内观察它们时，它们看起来是固体的，但如果时间足够长，冰川也会像液态水一样流动。
普通的液态水也表现出类似的行为。当一个装满水的气球被刺破时，水不会马上溅出来。在极短的时间内，水还能保持着气球的形状。这表明，在很短的时间内，水具有类似固体的行为，只有在足够长的时间内被观察时，它才开始表现得像液体。
所以猫到底是固体还是液体？？？
03 experiments
and results
法尔丁做了一个非常简单的实验，他找出了一个松弛时间的可能取值范围。利用“蹦蹦猫”(Cat Bounce)网站提供的数值模拟数据，法尔丁得出结论，在T小于1秒的实验时间尺度内，猫的行为就像固体一样。我们其实也可以得出同样的结论，注意到当猫从一个很小的高度(下降时间小于1秒)跳下时，猫会像一个刚性旋转体一样，四肢着地。
对于更长的时间尺度，法尔丁考虑了以下小猫钻进酒杯的例子：
图片来源：boredpanda
在这个例子中，容器的几何形状是固定的，所以猫需要从一个形状变成这个容器的形状。从对猫的观察中发现，它们在一个容器中从进入、定位到稳定的时间不超过一分钟，所以公平地说，猫在T大于1秒小于一分钟的时间尺度上表现得像液体。
在第一个实验中，观察猫的实验时间尺度是1秒，此时德博拉数大于1，所以在这个情况下猫是固体。而在第二个实验中，观察猫的时间时间尺度是一分钟，而猫变形的时间小于一分钟，所以德博拉数小于1，因此在这个情况下是液体。
所以猫究竟是液体还是固体呢，我们可以有样一个结论，当T<1时，猫是固体，当1<T<=60时，猫是液体，这里的T的单位是秒。
图片来源：giphy
所以，最后讨论来讨论去，猫既是固体又是液体，，，可能它在你怀里的时候是液态的，而嫌弃的从你怀里走开的时候又立即变成了固态（滑稽保命）。
总而言之，猫被证明是线性和非线性制度中流变学研究的丰富模型系统。正如赫拉克利特的观点“万物皆流，无物常住”被视为流变学的座右铭一样，“万猫皆流，无猫常住”也是猫的座右铭。
或许真相正如微博网友@OSAMA-Z 所言——“猫在挠你的时候是固体，午睡及穿越窄小缝隙的时候是液体，粘稠度与缝隙平均宽度成反比。在你试图抱猫的时候呈现出非牛顿流体特性。但是猫本身的构成物质不具有以上物理特性，是当代物理一大未解之谜。”
（部分内容摘自搜狐）
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