玉米淀粉欧不裂:一种会还手的液体
两杯玉米淀粉加一杯水,就得到一种悬浊液:用力砸它时像固体,把手放上去不动时又像液体。配比是这场实验的全部,剩下的只是观察。
材料
| 材料 | 用量 | 替代方案 |
|---|---|---|
| 玉米淀粉 | 250 克,约 2 杯 | 土豆淀粉表现完全一样 |
| 冷自来水 | 180 到 220 毫升,约 1 杯 | 室温水;温水混合太快 |
| 宽口搅拌盆 | 1 个,至少 2 升 | 浅烤盘,能得到更平的一摊 |
| 硬质刮刀或木勺 | 1 把 | 不介意脏手就直接用手 |
| 食用色素 | 3 到 4 滴,可选 | 不加;加了色反而看不清流动线 |
| 厨房秤 | 1 台,精度 1 克 | 量杯,但要准备随时调整 |
操作步骤
称 250 克玉米淀粉倒进盆里,加水前先用勺背把结块压散。
观察要点: 干燥的淀粉受压会发出轻微的吱吱声,干搅还会扬起细粉。
加入 180 毫升水,慢慢搅拌 30 秒,看不到干粉就停手。
观察要点: 此时糊体又硬又碎,会裂开而不是流下来。
每次加 10 毫升水、中间搅两下,直到它能从勺上拉出一条带,并在 1 秒内断开。
观察要点: 配比正确时,快速搅动会明显感到阻力,一停手马上又变稀。
握拳砸向表面,然后立刻把摊开的手掌按进去,保持不动五秒。
观察要点: 砸下去发出近乎鼓面的闷响;摊开的手掌大约三秒就沉到盆底。
抓一把在手里攥成球,再把手张开悬在盆上方。
观察要点: 球体能保持形状约两秒,然后像浓稠液体一样从指缝流下去。
原理
玉米淀粉颗粒形状不规则,直径大约在 1 到 20 微米之间,会吸一点水但绝不会溶解。在合适配比下,水刚好够让颗粒彼此缓慢滑过,却不够在你用力时把它们分开。快速剪切把颗粒逼到一起,并在其间夹住一层薄薄的水膜;这层水膜加上颗粒之间的接触,构成一个临时的卡阻网络,表现得像固体。撤掉外力,布朗运动和水膜又让网络松弛,重新变成可流动的悬浊液。这就是剪切增稠,而它要求固体的体积占比大致落在 40% 到 50% 之间。
可以这样理解: 就像挤在门口的人群。慢慢走,每个人依次通过,整体表现得像流体;一喊「跑」,所有人挤在门框处变成一整块固体;不喊了,那块固体又松开。
清理与处置
千万不要把大量欧不裂倒进水槽下水道,它会在存水弯里凝固堵管。先把固体刮进垃圾桶,再用大量热水冲洗。沾到布上的淀粉干透后可以直接刷掉;趁湿洗只会越抹越开。
实验台笔记
把配比做准
一切取决于水的比例。头三次把两种原料都称一遍;之后可以凭手感判断,因为配比正确的糊体是从勺上「裂开」而不是「滴下」。
Observed / 实测配 250 克淀粉时,可用区间是 195 到 215 毫升水。低于 195 毫升会碎成渣,高于 215 毫升受冲击时就不再变稠。
像流变学家那样测
不要只是砸它,试着量化反应。同一盆糊慢搅和快搅能告诉你变化的方向,还可以给浮着的玩具计时,看停止搅拌后多久开始下沉。
Observed / 实测表面在快速敲击下大约能维持 0.1 秒的固体状态,所以手指弹上去会被弹开。
清理也是实验的一部分
值得一试的变体
- 固定 200 毫升水,分别用 200 克、250 克、300 克淀粉做同样的测试,找出它完全不流动的临界点。
- 从 30 厘米高处丢一把金属勺进去,和丢进清水里的溅射做对比。
- 让一个小塑料玩具浮在表面,用手指快速弹它:快弹不会让它沉下去。
实验台上常被问到的问题
- 为什么用温水效果更差?
- 温水降低了颗粒之间那层水膜的黏度,同时让淀粉轻微膨胀,颗粒堆积方式就变了。差别不大但能感觉出来,而冷水的好处是每次重复的结果都更一致。
- 能留到明天再用吗?
- 过夜会分层,下面是一层硬块,上面是水。搅拌能恢复,但白天表面会干成一层壳。想第二天再玩就用盘子盖住盆口。
- 这和物理实验室里的非牛顿流体是一回事吗?
- 是同一类行为,不过实验级的剪切增稠流体通常会把颗粒大小和形状控制住。玉米淀粉的粒径参差不齐,所以每次新配一批,转变点都会移动。