图片来源：Pixabay花生酱是固体还是液体？

撰文 | 特德·海因德尔（Ted Heindel）翻译 | 范嘉豪编辑 | clefable 王怡博

 对于经常飞行的旅客来说，美国运输安全管理局（TSA）的要求一点都不陌生：仅允许随身携带体积不超过100毫升的液体。 

最近，TSA根据这项要求没收了一位乘客的一罐花生酱。这引发了争议，一些人怀疑这只是贪吃的安检员自己想要用这罐花生酱做花生果酱三明治（PB&J）罢了，而不是因为不符合要求。 



不过，TSA对此表示花生酱是一种液体，而这一整罐花生酱正好超过了100毫升液体的标准。美国人尤其喜爱三明治中基于豆类制成的酱料，所以可以想见他们在读到这则新闻后的愤怒：花生酱怎么会是液体？为什么要没收那一罐花生酱？作为一名专门研究流体力学的机械工程师，我认为TSA的做法完全合理。因为根据科学定义，花生酱确实是一种液体。 

认识流体

 想要定义什么是液体，我们首先需要知道什么是流体：任何在剪应力（shear force）的作用下持续流动的物质。剪应力可以通过使这种物质发生剪切形变，从而持续流动下去。例如，当我们移动手臂时，周围空气的形状会发生变化（或者说变形），并继续往前流动。而当我们的手臂划水时，手臂周围的水也会发生相同的变化。

流体种类繁多。有些流体能够不论所受的力如何，都可以继续流动（如空气或水），这被称为牛顿流体（Newtonian fluids）。严格来讲，牛顿流体是指剪应力与剪应变（shear strain，用于衡量受力后的变形程度）成正比的流体。这种流体在给定温度下流动时所遇到的阻力（或者说黏度）恒定不变。

然而，并非所有流体都属于牛顿流体。像花生酱这样的流体需要施加足够的剪应力才能使其流动，而且剪应力与剪应变之间并非线性关系。想象一下，当我们搅拌一罐花生酱时，如果快速搅拌（即产生较大的剪切作用力），花生酱就会变稀，而如果放慢速度搅拌，花生酱则会保持黏稠的状态。这类流体被称为非牛顿流体（non-Newtonian fluids）。

花生酱是一种非常典型的非牛顿流体，它不像空气或水那样轻易就能流动，但可以在足够的作用力下（例如用刀把它涂在面包片上）流动起来。除此之外，它流动的难易程度还依赖于温度，例如当花生酱被涂抹在温热的吐司上时会滴落下来。

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奇异流体随处可见

 事实上，我们的日常生活中随处可见这种奇异的流体。我们基本上可以认为，但凡能流动的都属于流体。它们的形状会随着容器形状的变化而变化。

例如，厨房里的生奶油、蛋黄酱和饼干面糊，以及浴室里的牙膏。自然界里也存在着一些奇异的流体，如熔岩、泥石流、雪崩和流沙。砾石也算是一种流体，虽然每个单独的颗粒都是固体，但所有砾石颗粒的集合却会表现出类流体的特性——可以被倾倒和使用容器盛装——而被称为粒状流体（granular fluid）。

甚至一只躺在阳光下的猫都满足流体的定义，而可以被看成是一种流体。

液体是一种流体

 不过，值得一提的是，TSA并没有直接将花生酱称为流体，而是把它称为一种液体。事实上，流体被分为两大类：气体和液体。气体和液体都可以发生变形并倒入容器中，然后呈现出所在容器的形状。但气体可以被压缩，而液体则较难压缩。

花生酱的确可以被倒入容器中，然后发生变形。连5岁的孩子都知道，花生酱不能被压缩。因为花生果酱三明治或花生酱饼干被压在一起时，花生酱不但不会被压缩反而会从侧面喷到他们的手上。

因此我们只好认为花生酱是一种美味的液体了。

如果下次你想在飞机上自制花生果酱三明治，请不要携带超过100毫升的花生酱“液体”，以及果冻。

封面来源：Pixabay原文链接：https://www.sciencealert.com/the-physics-that-explain-why-peanut-butter-is-a-delicious-liquid