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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