原谅

铁头 | 八岁

春天来了

我去小溪边砸冰

把春天砸得头破血流

直淌眼泪

到了花开的时候

它就把那些事儿忘了

真正原谅了我

http://www.sohu.com/a/200903053_443946

这是一个儿童写的诗。他肯定没有学过流变学。

但是从哲理上深刻悟到了流体与固体 区别。

常被问起在大学里教什么。经过若干次尴尬之后我才学会比较通俗的但是不准确的回答“塑料啊…….橡胶啊……. ”。然后大家略有所悟的说：“哦，做脸盆的。。。”我赶紧点头同意。开始的时候年轻不懂事，嘴巴里刚冒出“高分子…”人家已经开始(+﹏+)~狂晕不止了，再加上“…流变学”几个字，血压高的直接倒地了事。见到一息尚存的，我竟还不知趣的循循善诱：“你可以用‘流’和‘变’分别组个词啊…”“嗯，哦，啊…知道了！流氓，变态！”轮到我吐血了。

那到底什么是流变学（Rheology）呢？“你可以用‘流’和‘变’分别组个词啊…”，呵呵。正常人组的词应该是“流动”和“变形”啦。一般将流变学定义为“一门研究材料流动和变形的科学”（Rheologycan be defined as the science of the flow and deformation of matter.）  

定义很明确，问题应该算解决了。但是如果你有小孩子打破砂锅问到底的精神的话，会问：“什么是流动啊？什么是变形呢？”当然，很多幼儿园或小学老师可能会厌恶地看你一眼，表示拒绝回答如此幼稚的问题。鉴于我是死读书很多年的大学老师，为了表现自己很有学问，会偷偷事先google下，然后告诉你，其实这个问题还是很难的，不过我知道。流动和变形各自的定义式很多的，我选取比较科学的比较有代表性的告诉你吧：美国传统词典Flow----Tomove or run smoothly with unbroken continuity, as in the manner characteristicof a fluid.（流，流动----以流体的方式连续不断地移动或流淌）。Deformation----An alteration ofshape by pressure or stress.由于外力导致的形状改变。好吧，我承认你很有好学精神，因为你又继续问什么是“流体”，什么是…….那么，我撕下脸皮明确的告诉你，最后解释到流体打止，别再问我了。Fluid：A continuous, amorphoussubstance whose molecules move freely past one another and that has thetendency to assume the shape of its container; a liquid or gas.流体：一种分子之间能自由移动并有随容器形状变化趋势的连续的、无定形的物质；液体或气体。流体是指「有固定质量而无固定形状的物体」，如气体或液体。另外一种定义是「一种物质在承受任一大小的剪应力作用，会产生连续不断的变形」，这点与固体是不同的。固体受到剪应力会产生形变，但流体受到剪应力即开始流动。

终于发现，对大部分人来说，很科学很严谨地解释一个问题还是很痛苦的一件事，无论对说的还是对听的。还是通俗的说下吧，不一定严谨科学，但是好歹各位能理解。

流动呢，它是液体（或流体）在力的作用下运动的一种状态。液体与固体的典型区别是液体不可以抵抗任何微小的力，有力存在液体就永无休止的运动下去，即使力一定，它形状的变化也是随时间不断变大的，即为时间的函数。这个与施加的力相抗衡的力，称为粘滞力，一般认为是液体内摩擦引起的。而且产生的变形是永久变形，施加的力所作的功在运动过程中都耗散掉了，啥也没留下，就像诗里面曰的：“黄河之水天上来，奔流到海不复回”。所以它也没有所谓记忆效应，就是说，你把一个圆碗里面的水倒进方盒子里，它不会老想着我是圆的我是圆的，不能方不能方了。它方就方了，一点都不记得上一秒钟还是圆的了。儒家估计认为这是没骨气，道家却认为这才叫顺势而为。

而变形呢，是指固体在力的作用下形状的变化。给固体一定的力，这个变形瞬间就能实现。而且它的变形是可以恢复的，就像革命导师教导我们的，“哪里有压迫哪里就有反抗，压迫越深反抗越大。”这说明施加的力所作的功被存储为弹性势能了，一点也没扔，都存着呢。而且它记性好着呢，你把个弹簧压缩或者拉长下（别下手太狠了），然后松手，它原来是多长还是多长。

回头再看咱们开场的儿童诗，发现它的精妙了吧？

春天来了

我去小溪边砸冰

把春天砸得头破血流

直淌眼泪

这时候是冰！是固体！它有记忆效应，它记得！

到了花开的时候

它就把那些事儿忘了

真正原谅了我

为什么忘了？因为它变成流体了啊。它没有记忆记忆效应了啊！

总体来说，存在下面一组概念的对应关系：

流动-液体-粘性-耗散能量-产生永久形变-无记忆效应-牛顿定律-时间过程

变形-固体-弹性-储存能量-形变可以恢复-有记忆效应-胡克定律-瞬时响应

说到这里，不得不提到伟大的牛顿了。科学上有两个伟大的不得了的人物，一个是牛顿，一个是爱因斯坦，你搞什么发现他们都曾经凑过热闹，而且就随便凑下热闹，弄出来的东西都是classic的。所有的流变学教材与专著在第一章或第二章里面总要提到牛顿的和牛顿定律的，而讲到比较深入的时候，会有爱因斯坦跳出来跟你说个关于悬浮体系的公式。同时提到的还有一个跟牛顿同时代的也非常伟大的人，不过由于他跟牛顿吵了一辈子，总体上来说输得比较惨，大家对他不是很熟，他就是胡克。

伟大的人物提出的定律总是简单而美的。简单的总是让人愤愤，哼，要是我早生x年的话…其实只能安慰下自己而已。他们用下面两个公式来说明了固体和流体的性质：

                                              （1-1）

其中是剪切应力（shear stress）, 是剪切速率（shear rate），是黏度（shear visicosity）。

这就是牛顿定律了。它是用来描述流体的。剪切应力、剪切速率和黏度这里先不解释了。以后有机会，会详细的唠叨它们。这些概念是非常厉害的，它们非常机智的避开了实验仪器具体形状的束缚。暂时可以把剪切应力理解为施加在流体上的力，剪切速率理解为流动速度，黏度是它们的比值，是一个常数，代表液体固有的属性。但是这种理解是不严格的，或者严格说是不正确的。

                                          （1-2）

是应力, 是应变，E是杨氏模量（Young modulus）。

这就是胡克定律了。它是用来描述固体弹性的。大家学物理的时候，讲弹簧就是用的它，应该很熟悉的。

牛顿和胡克两个冤家，也许由于势同水火吧，呵呵，一人占据了流变学的一个极端，分别发现了关于液体流动和固体变形的规律，得到了近乎完美的表达式。他们那个年代研究的东西，大部分还挺符合这两个表达式的。

  好了，终于把液体和固体，流动和变形搞清楚了吧。