能擋子彈的甜食

生活科學趣談

猜猜看哪種甜食能擋下子彈?1.打發的鮮奶油 2.冰淇淋 3.巧克力 4.布丁 5.別鬧了

http://natgeotv.com/uk/street-genius/videos/bulletproof-desserts

這種能吸收子彈撞擊力量的液體盔甲被英國科學家戲稱為“防彈蛋奶”,它是一種非牛頓流體,工作原理如同玉米漿

這種物質在壓力小的狀況下是以液態形式存在,但壓力突然變大時,則會轉變成固態的型態。這就如同身陷流沙時身體會緩慢沉入沙中,但如果快速拔腿卻會感覺到腿是被沙子所固定住一般而無法抽出。另外,大家小學時或許曾玩過這個有趣的實驗,把一根筷子插入裝着米的杯子或瓶子中,然後將筷子快速上提,筷子就能把杯子或瓶子提起來:

不過倒是不必透過保鮮膜將米壓實,實際上只要敲杯子即可藉由振動讓米粒間的空隙變小,達到讓摩擦力變大的效果。在這則影片→《Liquid Armour》 4:43 處主持人也展現了這種現象,他們使用的配方是二氧化矽粉末 + 聚乙二醇液體,這種配方是使用在軍用防彈背心上,可增強克維拉纖維的防彈效果

回來看布丁為什麼會有這種本事,這是因為它具有一種“剪切增稠 shear-thickening”的特性。當剪切速率或者剪應力增加到某一個數值時,液體中產生了新的結構而造成阻力的增加,導致液體的宏觀粘度增大了,同時也伴隨著體積的脹大。在日常生活中,大多數固體含量較多的流體都是屬於這一類,譬如在海邊玩過沙雕的朋友應該有過這種經驗,就是將圓鍬剷進潮濕的海沙時,沙的表面會突然變乾變硬。這類流體在靜止時,流體中的固體粒子堆砌得很密,粒子間空隙小並且充滿著液體。當作用在其中的剪應力很大或者剪切速率很快的時候(ex.子彈快速射入),這些微小粒子因剪力所提供的摩擦力而被加速,因動能變大所造成的碰撞造成粒子彼此間的空隙增大,因此流體的總體積就會增大。加上粒子間移動時的潤滑性較差,高速時其中的阻力隨之增大(ex.汽車速率提高時其所受的滾動摩擦力隨之增大),這時表現出來的宏觀現象就是粘度增大,從而導致子彈與粒子在流動的過程中耗能增大,因此子彈就被布丁給”黏住了”,進而將子彈動能轉變成布丁整體的振動動能。加上布丁與後方玻璃的接觸面積遠比子彈的截面積大很多,因此施加在後方這片玻璃的所受壓力就會大大的降低,如此即能保護後方玻璃不致於被擊穿,而這也就是使用克維拉纖維所製成的防彈衣之所以能防彈的機制。

延伸閱讀

Shear-Thickening Fluid – Duncan Price│Physics Department, The College of Wooster