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芡糊是液體還是固體?

科學人_96
・2014/03/11 ・861字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

微小顆粒間的摩擦造就了玉米澱粉溶液的神奇性質。

sm145-20撰文 / 柯林斯(Nathan Collins
翻譯 / 洪艾彊

芡糊這種濃稠的溶液(在太白粉或玉米澱粉裡加進些許的水)有著怪異的性質。乍看之下,它和一般的液體沒有兩樣,可以倒進不同形狀的容器中,或把手插進去。但是如果突然擠壓或是用力拍擊液面,你會發現它突然變硬了──因此你也可以把它揉成球狀,或是在它的表面行走,甚至當成彈簧床在上面跳來跳去。

用力攪拌芡糊會使它變得像石頭一樣堅硬。美國耶魯大學的布朗(Eric Brown)特別喜歡把玉米澱粉均勻混入水中,示範這種稱為「毆不裂」(oobleck)物質的奇特物性。他說,只要夠用力,毆不裂可以使攪拌用的金屬棒攔腰折斷,更神奇的是,一旦放慢攪拌的速度,又會回復為正常的液體。這兩種截然不同的軟硬反應可以不斷重複出現,直到你手痠為止。

物理學家嘗試多年,想解開剪切增稠(shear thickening)現象的原理,這種現象是指有些液體能突然轉變為固體。直到2003年,法國科學家終於找到了一些證據,顯示顆粒間的摩擦可能是造成剪切增稠現象的主因。

隨後,其他科學家利用電腦模擬證實了顆粒間的作用力確實是關鍵。最近在《物理評論通訊》有一篇關於此現象的文章,美國紐約市立大學的化工系教授莫瑞斯(Jeffrey Morris)是共同作者之一,他說:「在玉米澱粉含量低的時候,溶劑扮演潤滑的角色,使顆粒(即溶質)得以自由移動。」即使再多加點玉米澱粉,他補充說:「水所扮演的潤滑角色依然不變,」直到有人突然用力去攪拌它。該研究的主要作者、紐約市立大學的瀨戶良平表示,外力迫使顆粒產生碰撞,而粗糙的顆粒表面使得它們不容易打滑,逐漸形成一條條堅硬的長鏈,這就是剪切增稠使玉米澱粉溶液突然變硬的原因。

莫瑞斯說:「剪切增稠實在太神奇了。」想想看,這麼簡單的現象竟然花費研究者無數次的實驗和理論分析,才得以稍微窺見端倪。布朗認為還有更多的疑問有待解答,例如,同樣的微觀作用力是否也能解釋毆不裂物質受到拍擊時所表現的異常硬度。

SA原文:Friction Makes Cornstarch and Water into Bizarre “Oobleck”

刊載於《科學人》2014年第145期3月號

文章難易度
科學人_96
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《科學人》雜誌-遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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