ГлавнаяРазноеНеньютоновской жидкостью

V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке. Неньютоновской жидкостью


Что такое неньютоновская жидкость? Примеры и эксперименты

Что такое неньютоновские жидкости? Примеры наверняка можно обнаружить даже у вас в холодильнике, однако наиболее очевидным образцом научного чуда считается зыбучий песок - текучий и твердый одновременно благодаря взвешенным (суспендированным) частицам.

О вязкости

Сэр Исаак Ньютон утверждал, что вязкость, или резистентность жидкости к течению, зависит от температуры. Так, к примеру, вода может превратиться в лед и обратно именно под воздействием нагревающих или охлаждающих элементов. Однако некоторые субстанции, существующие в мире, меняют вязкость вследствие применения силы, а не изменения температуры. Интересно, что к неньютоновским жидкостям причисляют повсеместно применяемый томатный соус, который становится жиже при условии длительного размешивания. Сливки же, наоборот, загустевают при взбивании. Этим веществам не важна температура - вязкость неньютоновских жидкостей меняется ввиду физического воздействия.

Эксперимент

Для тех, кто интересуется вопросами прикладной науки или просто желает поразить своих гостей и друзей невероятно простым и в то же время потрясающе увлекательным научным экспериментом, создан специальный рецепт коллоидного крахмального раствора. Настоящая неньютоновская жидкость, своими руками сделанная буквально из двух обыкновенных кулинарных ингредиентов, поразит своей консистенцией и школьников, и студентов. Вам понадобится только крахмал и чистая вода, а в итоге получится уникальное вещество, являющееся одновременно и жидкостью, и твердым телом.

Рецепт

Опыты

Как в целях научного познания, так и просто ради развлечения, можно попробовать провести следующие опыты:

Если вы проводите эксперимент в лаборатории перед школьниками или студентами, спросите их, почему неньютоновская жидкость ведет себя именно таким образом. По какой причине она кажется твердым телом, если сжать ее в руке, но при этом течет, как сироп, если разжать пальцы? По окончании дискуссии можно упаковать сгусток в большой пластиковый пакет с застежкой-молнией, чтобы сохранить его до следующего раза. Он пригодится вам для демонстрации свойств суспензии.

Тайна вещества

Почему в одних случаях коллоидный крахмальный раствор ведет себя как твердое тело, а в других - как жидкость? На самом деле вами была создана настоящая неньютоновская жидкость - вещество, отвергающее закон вязкости.

Ньютон считал, что вязкость вещества меняется только вследствие повышения или понижения температуры. К примеру, моторное масло легко течет при нагреве и приобретает особую густоту при охлаждении. Строго говоря, неньютоновские жидкости тоже подчиняются этому физическому закону, но при этом их вязкость можно изменить и путем применения силы или давления. Когда вы сжимаете коллоидный сгусток в руке, его плотность существенно увеличивается, и (пусть даже временно) он как будто превращается в твердое тело. Когда вы разжимаете кулак, коллоидный раствор течет как обычная жидкость.

Что нужно иметь в виду

Ирония заключается в том, что невозможно смешать крахмал с водой навсегда, так как в результате эксперимента у вас получается не однородное вещество, а суспензия. Со временем частички порошка отслоятся от молекул воды и соберутся в твердый комочек на дне вашего пластикового пакета. Именно по этой причине подобная неньютоновская жидкость мгновенно засоряет канализационные трубы, если просто взять и вылить ее в раковину. Ни в коем случае не выливайте ее в водосток - лучше упакуйте в пакет и просто выбросьте в мусоропровод.

fb.ru

Как сделать неньютоновскую жидкость и идеи для игр с ней :: Это интересно!

Вот и дошла наша очередь восторгаться необыкновенными свойствами неньютоновской жидкости :) Так просто ее делать, так мало для этого надо, и так интересно с ней возиться! Даже мне было ужасно любопытно изучать ее волшебные свойства, а уж что говорить о детях! Я давно собиралась попробовать, что это такое, да все откладывала до какого-то "особого случая". Спасибо Кате - она не стала ничего ждать, а как только прочитала в книжке с физическими опытами ее рецепт, сразу пришла ко мне с вопросом: "Где у нас крахмал?". Пришлось доставать крахмал, заводить "тесто", а потом началось настоящее чудо!

К сожалению, фото это плохо передают, потому что самое главное в таких жидкостях - как они себя ведут при работе с ними. Неньютоновская жидкость, это такая жидкость, вязкость которой зависит от изменения скорости. Все мы знаем, что мед - густая жидкость, вязкая - он течет очень медленно и медленно заполняет сосуд, в который его перелили. А молоко - жидкость с малой вязкостью. Она тут же принимает ту форму, которую имеет сосуд и мгновенно растекается по нему. Но мед - это всегда мед, а молоко - всегда молоко. А вот неньютоновские жидкости могут быть и вязкими и тут же совершенно жидкими. Все зависит от того, что с ними делают. Пример такой жидкости - модные сейчас хэндгам (жвачка для рук) и лизун, а еще  - обычная болотная трясина или зыбучие пески. А есть еще один вариант неньютоновской жидкости, которая называется "ооблек" ("oobleck"). И мы сами легко можем сделать такую жидкость прямо на кухне. Рецепт ее прост: понадобиться только крахмал (картофельный или кукурузный) и вода.

Итак, рецепт неньютоновской жидкости из крахмала: на 2 части крахмала добавить 1 часть воды и перемешать руками. 

Мы для того, чтобы играть в миске, брали 1 стакан крахмала и пол стакана воды.

Кстати, если крахмала взять гораздо больше, то получится тот самый искусственный снег, о котором я как-то рассказывала зимой. Вот, оказывается, сколько всего интересного можно сделать из крахмала, не только кисели :)
Неньютоновская жидкость из крахмала
Первые необычности мы заметили еще на этапе смешивания жидкости. По виду и консистенции оно похоже на тесто для блинов. Но вот размешать ее достаточно сложно - она упирается рукам изо всех сил. И кажется, что крахмал так и не растворится в воде. И, действительно, он не растворится. Именно поэтому у жидкости такие интересные свойства. У нас получится суспензия - частички этой жидкости так и остаются обособленными друг от друга и от воды. Но как только мы перестали стараться размешать крахмал, мы увидели, что жидкость уже перемешана и даже получилась очень однородной. Теперь с ней можно играть и изучать ее свойства.

Что делать с неньютоновской жидкостью?

Сначала мы изучали ее просто на ощупь.Если быстро мять ее пальцами, сгребать в горсть, лепить комочки, то она ощущается как твердая. Но как только остановишься - все комочки буквально утекают сквозь пальцы. Это уже само по-себе очень необычное явление, с которым можно возиться целый час!

Если жидкость мять в руках - то она затвердевает
Если жидкость оставить в покое - она стекает

А еще можно попробовать "переливать" жидкость.Если медленно наклонять миску, то жидкость течет как сметана. Но если резко ее наклонить - она совсем не течет. Поэтому дети придумали фокус, чтобы удивить папу. Витя показал ему миску с колышущейся белой водичкой и сказал, что выльет ее сейчас себе на голову. И не успел папа запротестовать, как Витя опрокинул миску с водой над своей головой  - и ничего не произошло, жидкость просто не вылилась! Даже я, которая уже знала, что так и должно случиться, ахнула! Что же говорить о непосвященном в секрет фокуса человеке! Надо будет запомнить этот фокус - покажем на каком-нибудь детском празднике ;)

Жидкость медленно стекает вниз, но ее невозможно ни взболтнуть, ни выплеснуть
Если емкость с жидкостью резко перевернуть, то она не вытекает совсем
Так же невозможно выплеснуть жидкость из миски. Она вообще не брызгается! если взять мячик и бросить его в миску - он просто влипнет в нее и никакого ожидаемого всплеска не будет! Это настолько противоречит нашим бытовым представлениям о свойствах жидкостей, что я все равно отправила детей играть на пол - а вдруг что-то там у них все же выплеснется на ковер? ))) Но ничего не выплеснулось, конечно же)
Если в жидкость что-то бросить  - всплеска не будет.
Кстати, любые капельки, которые дети все же накапали из миски, убрать очень легко. Ведь они не проникают в поверхность, а так и лежат совершенно сухими комочками. Их просто собираешь руками и кидаешь обратно в миску, где они тут же превращаются опять в воду.

Еще одна любопытная игра - наблюдать, как в жидкости вязнут игрушки. Если ими резко "топать" по поверхности, то они легко "перебегают" миску прямо по воде аки посуху :) Но если они замешкаются на одном месте, то тут же начинают тонуть. И за несколько секунд полностью погружаются в трясину, из которой их потом очень трудно вытащить. Например, этого стоящего в воде по колено инопланетянчика легче поднять вместе с миской, чем отлепить от нее. Катя до последнего боялась, что ее котенка мы больше там не найдем)))И теперь мы на собственном опыте прочувствовали, как бывает, когда засасывает болото или зыбучие пески. Вот оно как получается! Мы, конечно, уже видели подобные эффекты на видео, где люди бегали по неньютоновской жидкости, но одно дело видеть на видео, а другое - своими пальцами это почувствовать.

Любые предметы в жидкости вязнут как в болоте.
Впечатлений и новых ощущений море! Это не передать ни фото ни словами. Просто разведите крахмал водой, и вы все поймете сами! Если вы еще не делали - идите и делайте прямо сейчас!

www.tavika.ru

Неньютоновская жидкость вокруг нас

Неньютоновская жидкость вокруг нас

Искандарова Д.Т. 1Елисова К.Д. 1

1МОБУ "СОШ №3"

Львова  Л.Е. 1

1МОБУ «СОШ № 3»

Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Как вы себе представляете жидкость? Какими свойствами она должна обладать? В первую очередь, наверное, она должна литься, растекаться и так далее, а уж никак не выдерживать вес человека или занимать вертикальное положение, но не все в нашем мире так просто, есть особые жидкости, которые ведут себя немного странно - неньютоновские жидкости.Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силы, причем не только механическим воздействием, но даже звуковыми волнами и электромагнитными полями.

Актуальность: Жидкость окружает везде и всегда. Основным свойством жидкости является то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия. Но оказалось, что не все жидкости ведут себя привычным образом. Поэтому изучение свойств жидких веществ и расширение знаний о них всегда будет актуально.

Цель работы: Для чего стоит изучать неньютоновскую жидкость?

Задачи работы:

Узнать что такое жидкость.

Узнать в чем отличие ньютоновской и неньютоновской жидкостей.

Провести опыты с неньютоновской жидкостью.

Узнать области применения неньютоновских жидкостей

Гипотеза: Если изучим свойства Неньютоновской жидкости, то сможем расширить знания о ней и использовать её в разных сферах нашей жизни.

Основополагающий вопрос: Для чего стоит изучать неньютоновскую жидкость?

Творческое название: Удивительные жидкости вокруг нас.

Проблемные вопросы:

Что такое Неньютоновская жидкость?

В чем назначение Неньютоновской жидкости?

На что способна Неньютоновская жидкость?

Какова роль Неньютоновской жидкости в жизни человека?

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, теоретический метод (изучение литературы).

При выполнении работы опирались на Интернет-ресурсы, учебники и энциклопедии по физике.

Данная работа рассматривает вопросы агрегатных состояний вещества, неньютоновской жидкости, применения в разных отраслях промышленности. Изучив теоретические данные поставленной перед на нами проблемы, мы провели эксперимент(7 опытов и опрос)

Считаем, что поставленные перед собой цель и задачи выполнили.

Помимо этого в «Приложении» мы собрали и оформили основные определения.

Основная часть (теоретическое исследование)

Глава 1. Агрегатные состояния вещества.

Как известно, многие вещества в природе могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Сильнее всего проявляется взаимодействие частиц вещества в твердом состоянии. Расстояние между молекулами примерно равно их собственным размерам. Это приводит к достаточно сильному взаимодействию, что практически лишает частицы возможности двигаться. Свойства жидкостей также объясняются их строением. Частицы вещества в жидкостях взаимодействуют менее интенсивно, чем в твердых телах, и поэтому могут скачками менять свое местоположение . Газ представляет собой собрание молекул, беспорядочно движущихся по всем направлениям независимо друг от друга. Газы не имеют собственной формы, занимают весь предоставляемый им объем и легко сжимаются.

Закон Ньютона.

Еще в конце XVII века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее. Ньютон пришел к изучению течения жидкостей, когда пытался моделировать движение планет Солнечной система посредством вращения цилиндра, изображавшего Солнце, в воде. Он установил, что если поддерживать вращение цилиндра, то оно постепенно передаётся всей массе жидкости. Впоследствии для описания подобных свойств жидкостей стали использовать термины «внутреннее трение» и «вязкость», получившие одинаковое распространение. Глава 2. Неньютоновская жидкость.

Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от скорости воздействия. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействие, но и даже звуковыми волнами. Если воздействовать механически на обычную жидкость, чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее, в следствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей.

Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшении скорости тока жидкости. Пример - сгущенка, некоторые строительные растворы, мёд. К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др.

Классификация неньютоновских жидкостей.

Примеры неньютоновской жидкости.

«Зыбучий песок»

Зыбучий песок, пример так называемых неньютоновских жидкостей, обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных жидкостей.

Зыбучие пески опасны тем, что они могут засасывать в себя все, что в них попадает. Стань на такой песок - и начнешь тонуть в нем, но если же быстро ударить по зыбучему песку, то он сразу же затвердеет. Место, где притаились зыбучие пески, отличить от обычной твердой почвы довольно трудно. Солнце просушивает верхний слой топкой поверхности, что приводит к образованию тонкого пласта земли, на котором начинает расти трава. Вот так возникает природная ловушка, в которую может попасть любой.

Плывуны

Плывуны — это насыщенные водой грунты, при вскрытии приобретающие свойства вязкой жидкости. Они представляют собой большую опасность при выполнении строительных работ. Если плывуны вскрываются подземными выработками, то они сравнительно быстро заполняют её, а вышележащие массы начинают сдвигаться и тоже приходят в движение.

Глава 3. Применение в разных отраслях промышленности.

Неньютоновские жидкости с каждым годом все больше завоевывают наш мир. Ученым нравится этот материал, и они с завидным постоянством радуют нас новыми интересными идеями применения неньютоновских жидкостей, таких, например как «Жидкая сумка». Для того чтобы защитить авиапассажиров, международная команда ученых разработала специальную сумку-чехол, которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолета.

«Мешки заплатки»

Группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. По словам разработчиков, неньютоновская жидкость пришла им в голову из-за своей дешевизны (обычная грязь с водой и крахмалом - и та ведёт себя как неньютоновская жидкость) и особых физических свойств.

«Жидкий бронежилет»

Новый тип бронежилета создали специалисты из британской компании BAE Systems. Они предложили использовать особую жидкую субстанцию, которая будет заполнять пространство между слоями кевлара. Жидкость будет гасить удар, распределяя импульс по всему бронежилету. Из чего состоит субстанция, специалисты BAE Systems не сообщили.

Применение в косметологии

При исследовании неньютоновских жидкостей в первую очередь изучают их вязкость, знания о вязкости и о том, как ее измерять и поддерживать, помогают и в медицине, и в технике, и в кулинарии, и в производстве косметики. Косметические компании зарабатывают огромную прибыль на том, что смогли найти идеальный баланс вязкости, который нравится покупателям.

Применение в кулинарии

Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы ее было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания.

Продукты с большой вязкостью, например, соусы, очень удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты, как хлеб. Их также используют для того, чтобы удерживать слои продуктов на месте. В бутерброде для этих целей используют масло, маргарин, или майонез — тогда сыр, мясо, рыба или овощи не соскальзывают с хлеба. В салатах, особенно многослойных, также часто используют майонез и другие вязкие соусы, чтобы эти салаты держали форму.

Применение в медицине

В медицине необходимо уметь определять и контролировать вязкость крови, так как высокая вязкость способствует ряду проблем со здоровьем. По сравнению с кровью нормальной вязкости, густая и вязкая кровь плохо движется по кровеносным сосудам, что ограничивает поступление питательных веществ и кислорода в органы и ткани, и даже в мозг. Если ткани получают недостаточно кислорода, то они отмирают, так что кровь с высокой вязкостью может повредить как ткани, так и внутренние органы. Повреждаются не только части тела, которым нужно больше всего кислорода, но и те, до которых крови дольше всего добираться, то есть, конечности, особенно пальцы рук и ног. При обморожении, например, кровь становится более вязкой, несет недостаточно кислорода в руки и ноги, особенно в ткань пальцев, и в тяжелых случаях происходит отмирание ткани. В такой ситуации пальцы, а иногда и части конечностей приходится ампутировать.

Практическое исследование.

1.Опрос: Мы провели опрос, чтобы узнать какую косметику для ухода за кожей используют подростки и важны ли для них консистенция и состав продукта. В ходе работы было опрошено 25 учеников нашей школы. Возрастная группа: 14-16 лет.

Вывод: В возрасте 14-16 лет подростки активно пользуются средствами по уходу за собой.

Популярностью пользуются марки: Nivea, Avon, Чистая линия, Dove

Опрос показал, что подросткам важна консинстенция продукта. Следовательно, косметические компании могут и зарабатывают огромную прибыль на том, что смогли найти идеальный баланс вязкости, который нравится покупателям.

Опыт 1. Приготовление неньютоновской жидкости в домашних условиях

Для приготовления жидкости понадобятся: Крахмал, вода

фото 1

Смешайте в миске крахмал и воду для получения сметанообразной массы. Вымешивайте смесь постепенно добавляя воду. Причем: меньше воды – неньютоновская жидкость дольше находится в

Фото 2

твердом состоянии, много воды – очень быстро становится жидкой. Надо найти баланс между этими двумя состояниями. Смешайте в миске крахмал и воду для получения сметанообразной массы. Вымешивайте смесь постепенно добавляя воду.

Опыт 2. Жидкость прочнее стали

Для осуществления опыта нам понадобятся:

Молоток, Приготовленная нами неньютоновская жидкость.

Поместите неньютоновскую жидкость в удобную чашу. Ударьте по жидкости молотком.

Результат: Чем быстрее и сильнее пробовать пробить верхнюю мембрану неньютоновской жидкости(фото 4), тем большее сопротивление мы будем получать взамен. Но стоит только замедлиться, молоток увязнет в жидкости.(фото 3)

фото 3 фото 4

Опыт 3. Защитные свойства неньютоновской жидкости

Для осуществления опыта нам понадобятся: Пакет, заполненный водой, Пакет, заполненный неньютоновской жидкостью, Два Яйца.

Фото 5 Ход работы

Наполняем 1 пакет водой. А другой неньютоновской жидкостью, опускаем в них яйца и крепко завязываем. Позволим пакетам упасть с одинаковой высоты. (фото 6)Яйцо, которое было в пакете с водой разбилось, а яйцо которое было в пакете с неньютоновской

жидкостью, осталось невредимым. Повторим опыт с неньютоновской жидкостью и бросим пакет с возвышенности. А теперь подбросим пакет(фото 5) фото 6

Результат: Сколько бы мы не старались, разбить яйцо, которое находилось в пакете с неньютоновской жидкостью, нам не удалось. Этот опыт показывает, что при ударе неньютоновской жидкости о земную поверхность, один ее слой становится твердым, следующий становится плотным, а чем дальше от поверхности тем более жидкий. Яйцо благодаря распределению плотности погасило скорость падения и не разбилось. Опыт показал, что неньютоновская жидкость обладает защитными свойствами.

Опыт 4. Создание защитного чехла для телефона

Для защитного чехла для телефона нам понадобятся: Неньютоновская жидкость, Клей-момент, Ненужный чехол для телефона, Целлофановый пакет или обложка

Ход работы: Расположим на файле ненужный чехол для телефона и фломастером обведем его контур. Затем аккуратно вырежем и прочно склеим края файла. Важно, чтобы одна из сторон осталась несклеенной.

Приклеим файл на чехол, и зальем в него неньютоновскую жидкость.

Фото 7 фото 8

Результат: У нас получился отличный защитный чехол(фото 7), сколько бы не падал мой телефон, разбить его нам не удалось(фото 8). В спокойном состоянии молекулы неньютоновской жидкости довольно свободно перемещаются относительно друг друга. Однако в момент падения телефона они соединяются друг с другом, поглощая его энергию и равномерно распределяя ее по всему материалу. Получается, что до самого устройства ударная волна практически не доходит и оно остается в сохранности.

Опыт 5. Антистресс из Неньютоновской жидкости

Для приготовления антистресса нам понадобятся: Шарики, Неньютоновская жидкость, Воронка, файл

Ход работы: Приготовим неньютоновскую жидкость.Зальем неньютоновскую жидкость в файл и отрежем уголок. Затем, с помощью воронки наполним шарик этой жидкостью. Завяжем шарик.

Результат: Мы сделали 2 антистресса, один получился более мягким и податливым, а другой более упругим. Срок годности такой игрушки недолговечен – около недели.

Опыт 6. Мастика.

Для приготовления мастики нам понадобятся: Зефир, Картофельный крахмал, Сахарная пудра

Фото 9

Ход работы: Смешиваем крахмал с сахарной пудрой в соотношении 1 к 2. ( 50 гр. крахмала, 100 гр. пудры). Перемешиваем. В микроволновую печь помещаем зефир

(5 штук) на 1 минуту. Смешиваем зефир с крахмалом и сахаром. Ставим в холодильник на 1 час.

Результат: У нас получилась отличная кулинарная мастика(фото 9) (по консистенции чем-то напоминает жвачку для рук) – прекрасный декоративный и съедобный материал для тортов и простых пирогов и кексов. Так же в мастику можно добавить пищевые красители, чтобы получить нужный вам цвет

Эксперимент . Мешок-заплатка для починки дорожной ямы

Ход работы: Для эксперимента мы наполнили пакет неньютоновской жидкостью и поместили его в небольшую яму. (фото 10)

Фото 10

В отсутствие внешнего давления пакет с неньютоновской жидкостью растекается, заполняя яму и образуя гладкую поверхность. Но как только на неё наезжает колесо автомобиля, она превращается в твердую, как асфальт, субстанцию.(фото 11) Фото 11

Никаких проблем использование мешков-заплаток не вызвало. Содержащаяся в них жидкость подобрана устойчивой как к зимним температурам, так и к солям дорожных реагентов. Более того, по расчётам, мешки можно использовать сотни раз.

Опыт 7. Приготовление ферромагнитной жидкости Фото 12

Для приготовления ферромагнитной жидкости нам понадобятся:

Металлические опилки, Растительное масло, Магнит

Ход работы: Первым делом нужно высыпать металлические опилки в емкость. После этого нужно добавить совсем немного растительного масла.(фото 13) Затем тщательно перемешить все. Через полторы-две минуты перемешивания магнитная жидкость будет готова.

фото 13

Результат : Так как, металлические опилки способны намагничиваться, магнитными частицами можно управлять с помощью внешнего магнитного поля(фото 12). Опытным путём показали, что магнитные частицы – материал для осуществления различных манипуляций. Обладая необычными свойствами, ферромагнитная жидкость очень интересна для изучения и перспективна с точки зрения практической науки

Заключение

Существует много удивительных вещей вокруг нас, и неньютоновская жидкость яркий этому пример. Мы надеемся, что нам удалось наглядно продемонстрировать ее удивительные свойства.По итогам работы были выполнены все поставленные задачи и сделаны все запланированные опыты. Проведенные опыты и презентация проиллюстрировали цель проделанной нами работы.

Считаю, что созданную нами работу можно использовать, как ученикам (как учебное пособие), так и учителям

Список литературы

Интернет ресурсы

http://ru.wikipedia.org

http://www.google.ru

http://masterok.livejournal.com/1205599.html

http://www.officeplankton.com.ua/main/bassejn-attrakcion-na-kotorom-mozhno-xodit-po-vode.html

http://create-play.blogspot.ru/2013/01/NonNewtonianfluidexperiments.html

usamodelkina.ru

Литература

Н.С. Пурышева Физика 8 класс, Дрофа, Москва 2008 г.

Зарембо Л.К., Болотовский Б.М., Стаханов И.П. и др. Школьникам о современной физике. Просвещение,2006г.

Кабардин О.Ф., Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988

Приложение

Зыбу́чий песо́к — пески, перенасыщенные воздухом (газом или горячими парами, в пустыне), влагой восходящих источников и способные вследствие этого засасывать вглубь попадающие на них предметы и животных; разнообразны по своей природе, но всегда лишены мелкозёмистой примеси. Благодаря испарению или тонкой плёнке воды, обволакивающей песчинки, сцепление между ними мало.

Идеа́льная жи́дкость —воображаемая жидкость (сжимаемая или несжимаемая), в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости.

Реальная жидкость - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.

Нью́тоновская жи́дкость — (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости в такой жидкости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость.

Слайм — (англ. Slime) — игрушка, впервые выпущенная компанией Mattel в 1976 г. Состоит из вязкого желеобразного материала, обладающего свойствами неньютоновской жидкости. Основным компонентом слайма, выпущенного Mattel в 1976 году, была гуаровая камедь.

Handgum, хэндгам — (ручная жвачка, жвачка для рук) — пластичная игрушка на основе кремнийорганического полимера, созданная в 1943 году шотландским учёным Джеймсом Райтом.

Каучу́ки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Плыву́н — насыщенный водой грунт (обычно песок или супесь), который способен разжижаться под механическим воздействием на него, при вскрытии его котлованами и другими выработками.Также про плывун можно сказать, что это герметичный объём в толще грунта, в котором под давлением находятся мелкие и пылеватые пески, насыщенные водой. Его толщина варьируется от 2 до 10 м. Плывуны чаще всего встречаются в болотистых местах и имеют вытянутую форму.

Просмотров работы: 196

school-science.ru

ФИЗИКА. НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ

ФИЗИКА. НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ

Федоров Е.О. 1

1МБОУ Лицей №1 г.Балтийска

Белоногова С.А. 1

1МАОУ СОШ № 19 г. Калининграда

Текст работы размещён без изображений и формул.Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Ни один человек не может уйти от реального материального мира, окружающего его и в котором он сам живёт. Природа, быт, техника и всё то, что нас окружает и в нас самих происходит, подчинено единым законам происхождения и развития – законам ФИЗИКИ

Цель:приготовить неньютоновскую жидкость и изучить её свойства

Задачи:

  1. Узнать различия обычной и неньютоновской жидкости.

  2. Приготовить неньютоновскую жидкость.

  3. Провести эксперименты для изучения её свойств.

  4. Узнать её применение.

  5. Сделать выводы.

  6. Представить результаты.

Гипотеза: в домашних условиях можно приготовить неньютоновскую жидкость и изучить ее свойства.

Актуальность:

Нас окружает огромное количество жидкостей. Люди состоят из жидкости. Мы пьем жидкости. Готовим жидкости. Моемся жидкостью. Следим за техникой с помощью жидкостей. Основным свойством привычной нам жидкости является то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия. Но оказывается, что не все жидкости ведут себя привычным образом, такие жидкости называют неньютоновские жидкости.

Впервые с данным понятием я столкнулся тогда, когда решил выяснить в

интернет источниках, что собой представляет популярная детская игрушка «жвачка для рук» или хендгам. Я нашел несколько видеороликов, в которых демонстрировались свойства неньютоновских жидкостей на примере изготовленных в домашних условиях хендгамов. Эксперименты произвели на меня большое впечатление и мне захотелось побольше узнать об удивительных свойствах жидкостей, противоречащих законам физики

Для получения информации о разных жидкостях я использовал сеть Интернет.

По итогам работы были выполнены все поставленные задачи и сделаны все запланированные опыты. Проведенные опыты и презентация проиллюстрировали цель проделанной нами работы.

  1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретическая часть

В природе существуют четыре формы вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазма. Жидкость – это среднее состояние между твердым и газообразным. Жидкость, в отличии от твердого вещества, не имеет свою определенную форму, а принимает форму сосуда, в котором она находится. В отличии от газа, имеет определенный объем, из-за того, что в жидкости молекулы связаны не так прочно, поэтому связи постоянно меняются. Но есть жидкости с особыми свойствами, их называют неньютоновскими. В чем же различия (см. таблица 1)?

Таблица 1

Жидкости

Неньютоновские жидкости

Основное свойство: текучесть

Текучесть зависит от силы и скорости воздействия, т.е. текучесть при определенных условиях может отсутствовать

Вязкость зависит от природы

Вязкость зависит от скорости воздействия

При применении механических усилий – остаются в жидком состоянии

При применении резких быстрых механических усилий – принимает свойства твердых тел

 

При медленном воздействии ведет себя как обыкновенная жидкость

К ньютоновским (просто жидкость) относятся однородные жидкости. Ньютоновская жидкость – это вода, масло, спирт, бензин, нефтепродукты и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свою текучесть, что бы вы с ними не делали (если речь не идет об испарении или замораживании, конечно).

Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от скорости. Такие жидкости называют неньютоновскими. Например, кровь человека - неньютоновская жидкость, так как она представляет собой суспензию форменных элементов (эритроциты, лейкоциты и др.) в плазме. Это значит, что из-за различных градиентов скорости, реализующихся в движущейся крови, ее вязкость в различных участках сосудистой системы может изменяться. У неньютоновской жидкости такие свойства потому что связи между молекулами закрученные как пружины. При быстром и сильном воздействии они очень упругие, но при медленном и слабом воздействии связи распутываются.

2.2 Практическая часть

Я заинтересовался необычными свойствами таких жидкостей и провел несколько экспериментов.

Инструменты и вещества, которые я использовал в опытах:

- картофельный крахмал, вода, пищевые красители, яйцо;

- мерная ёмкость, ёмкость для замеса, плоская ёмкость, вилка, деревянная палочка, салфетки, пищевая пленка, пакетик, резинки;

- блокнот для записей, ручка, видеокамера, фотоаппарат.

2.2.1 Опыт № 1 “Получение неньютоновской жидкости”

Я смешал 3 части крахмала и 2 части воды и получил неньютоновскую жидкость.

2.2.2 Опыт № 2 “Изучение свойств неньютоновской жидкости. Скорость и сила воздействия”

Я перелил неньютоновскую жидкость в плоскую ёмкость. Резко ударил по ней, но рука осталась сухой. Потом я медленно опустил пальцы, и неньютоновская жидкость вела себя как обычная жидкость – медленно стекала.

Я опустил пальцы в неё и резко дёрнул, и ёмкость приподнялась! Когда быстро сжимал текучую неньютоновскую жидкость – она превращалась в плотный шарик, как только переставал сжимать шарик полностью растекался.

2.2.3 Опыт № 3 “Опыт с яйцом”

Как вы думаете, что будет, если сбросить яйцо с небольшой высоты? Я решил проверить. Налил в пакетик неньютоновскую жидкость и положил туда яйцо. Сбросил пакет с высоты потолка на стол. Яйцо не разбилось! Потому что неньютоновская жидкость при быстрых и сильных воздействиях ведёт себя как твёрдое вещество, и яйцо оказалось в надежной “броне”. Проделал тот же опыт с водой. В результате яйцо разбилось, пакет порвался, и вода разлилась.

2.2.4 Опыт № 4 “Прыгающие капельки”

В физике есть такое понятие: звуковая волна – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха) от источника. Нашим источником стал сабвуфер, на который мы передавали с ноутбука звук разной частоты (от 20 Гц до 99 Гц). Как же повела себя неньютоновская жидкость? Для наглядности мы подкрасили нашу неньютоновскую жидкость пищевыми красителями. При звуке 20 Гц – 40 Гц наша жидкость имела свойства обычной жидкости - просто растекалась по поверхности; с 45 Гц до 80 Гц от общей “лужи” стали отделяться маленькие капельки; с 80 Гц до 99 Гц эти капельки стали подпрыгивать и перемешиваться, они потеряли свойства обыкновенной жидкости. Такое свойство неньютоновской жидкости используется при производстве жидкостей для механизмов и машин.

2.2.5 Практическое применение

Неньютоновские жидкости нашли свое применение в разных областях нашей жизни. В мире как ни странно очень популярны данные жидкости. При исследовании неньютоновских жидкостей в первую очередь изучают их вязкость, знания о вязкости.

  1. В строительстве: малярная краска является неньютоновской жидкостью поэтому не стекает со стен и не капает с потолка.

  2. Военное применение: неньютоновская жидкость в состоянии обеспечить защиту от пробивной силы высокоскоростных средств поражения, хорошо рассеивая ударную волну по большой площади, поэтому такие жидкости используют в изготовлении брони и бронежилетов.

  3. В технике: смазочные материалы для двигателей и механизмов. Неньютоновские жидкости создают защитную пленку смазочного материала, которая никогда не стекает с рабочих поверхностей двигателя.

  4. В косметике: для изготовления тонального крема, блеска для губ, лака для ногтей. Чтобы косметика держалась на коже, ее делают вязкой, будь это жидкий тональный крем, блеск для губ, подводка для глаз, тушь для ресниц, лосьоны, или лак для ногтей.

  5. В кулинарии: использование сливочного масла, маргарина, майонеза. Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы ее было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания.

  6. В сфере развлечений: огромные бассейны с неньютоновской жидкостью для исследования ее свойств, игрушки лизуны, умный пластилин.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вывод:

  1. Наша гипотеза подтвердилась. В домашних условиях можно сделать неньютоновскую жидкость и изучить ее свойства.

  1. При сильном и быстром воздействии неньютоновская жидкость ведёт себя как твёрдое вещество, а при медленном и слабом воздействии ведёт себя как жидкость.

  1. Взаимодействие с неньютоновской жидкостью способствует развитию мелкой моторики пальцев рук, развитию речи и почерка, снимает агрессию и раздражение, развивает творческое мышление и является антистрессом. Подтверждения теоретическим исследованиям я получил на собственной практике. Изготовив рабочий образец неньютоновской жидкости, я начал с ним экспериментировать и взаимодействовать. Через некоторое время я заметил, что игра с жидкостью хорошо влияет на мое состояние. Если я был раздражен или чувствовал усталость, то достаточно было несколько минут поиграть с жидкостью и все приходило в норму, самочувствие становилось лучше.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Галилео СТС - Неньютоновская жидкость https://www.youtube.com/watch?v=unfbSxDLYi4

  2. Кровь – неньютоновская жидкость http://studopedia.su/19_114273_krov--nenyutonovskaya-zhidkost.html

  3. Неньютоновская жидкость http://sci-open.blogspot.ru/2010/05/blog-post.html

  4. Неньютоновская жидкость, Гиевская Людмила Ивановна http://livescience.ru/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8:%D0%9D%D0%B5%D0%BD%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F-%D0%B6%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

  5. Неньютоновская жидкость в качестве брони https://topwar.ru/73725-nenyutonovskaya-zhidkost-v-kachestve-broni.html

  6. Неньютоновская жидкость и её свойства http://virtuallab.by/publ/video_opyty/video_opyty/nenjutonovskaja_zhidkost_i_ejo_svojstva/1-1-0-60

  7. Неньютоновская жидкость: сделай сам http://www.popmech.ru/diy/12628-nenyutonovskaya-zhidkost-sdelay-sam/

  8. Хождение по воде Неньютоновская жидкость https://www.youtube.com/watch?v=gtjtZIRbcrw

  9.  

    ПРИЛОЖЕНИЕ 1

     

Просмотров работы: 739

school-science.ru

Неньютоновские жидкости - Мастерок.жж.рф

Если в движущейся жидкости её вязкость зависит только от её природы и температуры и не зависит от градиента скорости, то такие жидкости называют ньютоновскими. К ним относятся однородные жидкости. Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от градиента скорости.

Такие жидкости называют неньютоновскими.

Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействие, но и даже звуковыми волнами. Если воздействовать механически на обычную жидкость то чем большее будет воздействие на нее, тем больше будет сдвиг между плоскостями жидкости, иными словами чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее, в следствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшение скорости тока жидкости

Вот еще один пример:

,

 

Если к вязкопластичной жидкости прикладывать напряжение сдвига, меньшим по величине, чем пороговое значение, то такая жидкость будет оставаться в покое. Как только напряжение сдвига превысит, вязкопластик начнет течь, как обычная ньютоновская жидкость. Иначе говоря, привести в движение вязкопластичную жидкость можно, лишь преодолев её предельное напряжение.Такое поведение вязкопластиков объясняется тем, что в жидкости, находящейся в покое, образуется жесткая пространственная структура, оказывающая сопротивление любому напряжению, меньшему, чем пороговое. К вязкопластичным жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту – то есть то, что похоже на пасту, главным образом суспензии.

К псевдопластичным жидкостям относятся жидкости, содержащие несимметричные частицы или молекулы высокополимеров, например, суспензии или растворы полимеров, подобных производным целлюлозы.

 

Кривые текучести  - t и зависимости эффективной вязкости h* от напряжения сдвига t: a - диаграммы для ньютоновской жидкости; б,г -диаграммы для неньютоновских жидкостей, у к-рых h* снижается с ростом  и t; в -диаграмма для неньютоновской жидкости, у к-рой h*повышается с ростом и t; д - диаграмма для вязкопластического тела с пределом текучести q.

 

При маленьких изменениях скоростей деформации молекулы высокополимеров или несимметричные частицы своими большими осями ориентируются вдоль направления движения, вследствие чего возрастает напряжение внутри. После завершения ориентирования, а поведение жидкости не отличается от ньютоновского. Иными словами, если нажимать на псевдопластическую жидкость не резко, то ее вязкость будет высока, а если резко – то будет уменьшаться.

А вот что можно сделать в домашних условиях:

 

 

А вот интересная штука: плывун — насыщенный водой грунт:

 

Ну а еще всякие ХИМИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ опыты можете посмотреть тут.

No views yet

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=32017

masterok.livejournal.com

Жидкая броня или неньютоновская жидкость

Неньютоновская жидкость — это очень интересное соединение, которое легко приготовить на самой обычной кухне. По виду — обычная жидкость, но свойства у нее очень сильно меняются под разной скоростью воздействия. Если на нее резко воздействовать, то свойства этой жидкости становятся близки к свойствам твердых тел. При медленном воздействии — обычная жидкость. Свою стремительную популярность неньютоновская жидкость завоевала после необычного аттракциона в малайзийском магазинчике. Там установили бассейн и налили в него мутную жидкость. Все кто быстро пытался пройти по этой жидкости, ощущали твердую поверхность. Но как только человек останавливался, ноги его тонули :).

Эта забава очень понравилась малазийцам и сотни видео перекочевали в интернет, набрали миллионы просмотров и многие дома сделали экспериментировали с неньютоновской жидкостью.

Мы тоже с Олесей еще в прошлом году впервые проводили этот забавный опыт благодаря Ольге 0207 . А сейчас повторили, потому что у нас появилась новая коробочка с химическими экспериментами: «Суперпрофессор. Qiddycome: Цветные лизуны и жидкая броня».

Жидкую броню (неньютоновскую жидкость) легко и просто сделать на любой кухне, а вот для лизунов понадобятся специальные реактивы, о чем читайте в статье «Как сделать лизуна?».

А о том как у нас взрывался огнем и пеплом вулкан читайте в статье и там-же сморите видео в статье «Химические опыты: «Вулкан и фараоновы змеи».

Неньютоновская жидкость или жидкая броня

Чтобы сделать неньютоновскую жидкость мы взяли:

Как мы делали неньютоновскую жидкость

1. Крахмал мы насыпали в стаканчик.

2. Добавили в сухой крахмал несколько крупинок красного красителя.

3. Медленно, тщательно перемешивая, добавили в крахмал воду.

Важно! В крахмал нужно добавлять ХОЛОДНУЮ воду, чтобы крахмал не превратился в клейстер.

И вот перед нами неньютоновская жидкость. Выглядит она как жидкое тесто, но свойства у нее очень необычны (жаль только фотки трудно делать):

Вот наше небольшое видео о том, как Олеся делала неньютоновскую жидкость, правда в нем не удалось показать всех ее интересных свойств:

Уважаемые читатели, а Вы опробовали уже свойства неньютоновской  жидкости? Если нет, то срочно отправляйтесь в магазин — за крахмалом. Пара часов веселья детям будет обеспечена.  А мы подождем следующего лета и устроим свой аттракцион на даче — наполним неньютоновской жидкостью старую ванну и побегаем там 🙂

wunderkind-blog.ru

Неньютоновские жидкости

Многокомпонентные жидкости как гомогенные, так и гетерогенные, в большей сте­пени, могут содержать в своём составе компоненты, значительно изменяющие вязкость жидкости, и даже кардинально меняющие саму физическую основу и природу внутренне­го трения. В таких жидкостях гипотеза вязкостного трения Ньютона (пропорциональность напряжений градиенту скорости относительного движения жидкости) неприменима. Со­ответственно такие жидкости принято называть неньютоновскими жидкостями.

Среди неньютоновских жидкостей принято выделять вязкопластичные жидкости, псевдопластичные жидкости и дилатантные жидкости. Для вязкопластичных жидкостей характерной особенностью является то, что они до достижения некоторого критического внутреннего напряжения т0ведут себя как твёрдые тела и лишь при превышении внут­реннего напряжения выше критической величины начинают двигаться как обычные жид­кости. Причиной такого явления является то, что вязкопластичные жидкости имеют про­странственную жёсткую внутреннюю структуру, сопротивляющуюся любым внутренним напряжениям меньшим критической величины, это критическое напряжение в литературе называют статическим напряжением сдвига. Для вязкопластичных жидкостей справедли­вы следующие соотношения Бингама:

Для псевдопластичных жидкостей зависимость между внутренним напряжением сдвига и градиентом скорости относительного движения слоев жидкости в логарифмиче­ских координатах оказывается на некотором участке линейной. Угловой коэффициент со­ответствующей прямой линии заключён между 0 и 1 Поэтому зависимость между напря­жением и градиентом скорости можно записать в следующем виде:

где: k - мера консистенции жидкости,

п - показатель, характеризующий отличие свойств псевдопластичной жидкости от ньютоновской.

Для псевдопластичных жидкостей полезно ввести понятие кажущейся вязкости жид­кости

тогда: , т.е. величина кажущейся вязкости псевдопластичной жидко-

сти убывает с возрастанием градиента скорости.

Дилатантные жидкости описываются тем же самым уравнением, что и псевдопла­стичные жидкости, но при показателе п > 1 .У таких жидкостей кажущаяся вязкость уве­личивается при возрастании градиента скорости. Такая модель жидкости может быть применена при описании движения суспензий.

Неньютоновские жидкости обладают ещё одним свойством, их вязкость существен­ным образом зависит от времени. По этой причине (например, для вязкопластичных жид­костей) величина статического напряжения сдвига зависит от предыстории: чем более длительное время жидкость находилась в состоянии покоя, тем выше величина неё стати­ческого напряжения сдвига. Если прервать движение такой жидкости (остановить её), то для начала движения такой жидкости потребуется развить в жидкости меньшее напряже­ние, чем и том случае, когда она находилась в покое длительное время. Следовательно, необходимо различать величину начального статического напряжения сдвига и динамиче­скую величину этого показателя. Жидкости, которые обладают такими свойствами, назы­ваются тиксотропными. Жидкости, у которых наоборот динамические характеристики выше, чем начальные называются реопектическими неньютоновскими жидкостями. Такие явления объясняются тем, что внутренняя структура таких жидкостей способна упроч­няться с течением времени, или (в другом случае) для восстановления начальных свойств им требуется некоторое время.

Похожие статьи:

poznayka.org