Введение
…материал, который обладает удивительными
свойствами: при малых нагрузках он мягкий
и эластичный, а при больших – становится
твердым и очень упругим.
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.
Природа – настоящая физическая лаборатория, в которой человек должен быть активным наблюдателем, творцом, но не рабом природы, неспособным хотя бы приближенно объяснить наблюдаемые им природные явления. С самого рождения каждый человек знакомится с веществами, окружающими его, подрастая, человек начинает отличать разного рода жидкости от газов или твёрдых тел, понимая, какие отличительные свойства присущи веществам. В малом возрасте ребёнок не сильно задумывается над этими интересными признаками, не понимает, почему вода – это жидкость, а снег – твёрдое тело… Чем старше становится человек, тем шире становится область его знаний, тем глубже он понимает суть вещей. Так, для каждого человека наступает момент, когда под понятием жидкость он будет понимать не просто молоко или же воду, он поймёт, что жидкость, как и любой другой род материи, имеет свою классификацию, основные свойства. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Жидкости делят на идеальные и реальные. Идеальные – невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью. Реальные – вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.
Актуальность проекта:
Нас окружает огромное количество жидкостей. Жидкость окружает везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь, из воды мы вышли и к воде всегда возвращаемся. Мы все время сталкиваемся с использованием жидкостей, пьем чай, моем руки, заливаем бензин в автомобиль, наливаем масло на сковороду. 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. Это так называемые неньютоновские жидкости. Мы заинтересовалась необычными свойствами таких жидкостей и провели несколько опытов.
Гипотеза:
Провести опыты, в которых наглядно можно увидеть некоторые физические свойства неньютоновских жидкостей.
Цели проекта:
Получить неньютоновскую жидкость
Изучить некоторые физические свойства неньютоновской жидкости
Задачи проекта:
Собрать теоретический материал о неньютоновской жидкости
Опытным путём изучить некоторые физические свойства неньютоновских жидкостей (плотность, температура кипения, температура кристаллизации)
Узнать область применения неньютоновских жидкостей
Методы исследования:
Наблюдение
Изучение теоретических материалов
Проведение опытов
Анализ
Опыты и игры с неньютоновской жидкостью
- Учитывая необычные свойства приготовленной жидкости, даже простые действия с ней дают интересный эффект. Например, можно делать из неё комочки, которые после прекращения раскатывания будут становиться снова жидкими. Или плавно опустить в неё руки и попробовать резко выдернуть, жидкость затвердеет, и сделать это не получится.
Попытка выплеснуть её из емкости тоже не увенчается успехом, так как она просто останется на месте. Из этого можно даже фокус сделать: сначала показать какая она жидкая в миске, а потом якобы выплеснуть на пол и посмотреть на удивленные лица зрителей. Можно еще сделать маленький бассейн, в котором ребенок будет ходить или топать игрушкой как по столу, но когда остановится и отпустит игрушку – она утонет, как в простой воде. Если в доме есть хорошие колонки, положите на них клеенку и сверху налейте немного жидкости. Включите музыку и увидите так называемый эффект «прыгающих червячков». Можно попробовать забить гвоздь или саморез молотком, и посмотреть как это не получится сделать.
Под воздействием температуры тоже можно наблюдать разные эффекты. Если разогреть неньютоновскую жидкость в микроволновке, она приобретет форму яйца – с «желтком» в середине и «белком» по краям. А при заморозке в холодильнике на её поверхности образуются рисунки, похожие на узоры инея на окнах зимой.
Существенный плюс игр с неньютоновской жидкостью, приготовленной из крахмала, состоит в том, что её легко убирать с любых поверхностей, и она абсолютно безопасна и безвредна. Пробуйте, экспериментируйте, и, наверняка, Вы будете впечатлены этой простой и одновременно такой необычной субстанцией.
Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях – интересные опыты
- наберите полную руку жидкости и сделайте из нее шарик. Помните и сдавите в руке. Если будете скатывать шарик быстро – масса твердеет. Если скатывать медленно – жидкость растечется по руке.
- поместите кисть руки в жидкость и попробуйте резко вытянуть руку. Ваши руки будут, как бы зацементированы в массе, и поднимут миску с жидкостью в воздух;
- медленно опустите руку в жидкость и резко сожмите там пальцы. Увидите, что между пальцами появилась твердая прослойка;
- хлопните сильно по тарелке с жидкостью ладонью. Ваши зрители разбегутся в стороны, чтобы не испачкаться. Но необычная жидкость останется в миске;
- перелейте субстанцию из одной посудины в другую. Вы увидите, что жидкость сверху льется, а внизу застывает.
Неньютоновская жидкость, изготовленная в домашних условиях, нигде не применяется. Она предназначена для развлечения. Попробуйте придумать с ней что-то новое, творите и изобретайте. Детям очень нравятся подобные эксперименты!
Наверняка вы слышали о неньютоновской жидкости, не так ли? Даже если вы не слышали об этой загадочной субстанции, наверняка вам будет интересно узнать, что она собой представляет и почему у неё такое необычное название.
Как сделать неньютоновскую жидкость дома: рецепты
Она обладает особыми свойствами и может принимать форму и консистенцию как твердого тела, так и жидкого, в зависимости от воздействия. Непонятно, почему она получила такое название, ведь её свойства отличаются от ньютоновской жидкости. Её называют как ньютоновской, так и неньютоновской жидкостью. В любом случае, рецепты одни и те же, свойства тоже. У неё неоднородная структура, в её составе — крупные молекулы.
Ньютоновская жидкость популярна как среди детей, так и среди взрослых. Она поможет скоротать время и развлечься.
Как сделать ньютоновскую (неньютоновскую) жидкость в домашних условиях:
Рецепт №1. Смешиваем картофельный крахмал в количестве 250 грамм и 100 грамм воды комнатной температуры в миске.
Хорошенько мешаем, у вас должна получиться однородная масса без комков. При желании вы можете добавить в ньютоновскую жидкость пищевой краситель.
Скатываем из массы шарик, чем быстрее вы будете его катать, тем он будет тверже. Как только вы остановитесь, он снова превратится в жидкую смесь. Еще один вариант — лепить из смеси комочки, которые будут на ощупь как твердые. Но как только вы остановите лепку, они тут же вытекут сквозь пальцы.
Попробуйте еще один эксперимент: опустите медленно палец в смесь и вы увидите, что он входит в неё. Теперь попробуйте быстро ударить рукой или кулаком по ней и вы почувствуете, что она стала твердой.
Еще один эксперимент: Выливаем смесь на поднос, ставим его на музыкальную колонку и играющей музыкой. Вы увидите, что под воздействием громких звуков смесь начинает двигаться.
Бросаем мячик. Если вы сделали много неньютоновской жидкости в тазике или ведре, советуем что-нибудь бросить в емкость, например — мячик. Вы увидите, что брызг не будет.
Рецепт №2.
Налейте жидкий крахмал (разводим 1/3 стакана крахмала в ¼ стакана воды) в пакет небольшого размера. Сюда же добавляем пищевой краситель, ¼ стакана клея ПВА. Хорошенько перемешиваем, наш лизун-ньютоновская жидкость готов к использованию.
Чем объяснить такой феномен?
При сдавливании молекулы крахмала начинают соединяться, в результате смесь обретает твердую консистенцию. При отсутствии сжатия молекулы свободно двигаются и смесь становится жидкой.
Теперь вы знаете два простых рецепта неньютоновской жидкости. Уверены, вашим деткам понравятся такие эксперименты, но будьте готовы к тому, что рабочие поверхности будут испачканы. Развлечения с крахмалом будут интересны и для взрослых.
Мужской сайт сайт
ВОПРОС:
Что такое неньютоновская жидкость? Как ее сделать в домашних условиях?ОТВЕТ:
Неньютоновской жидкостью
называют жидкость, которая меняет свою вязкость в зависимости от градиента скорости. Она состоит из крупных молекул, которые образуют сложные неоднородные пространственные структуры. Это значит, что чем быстрее ударить (приложить внешнее воздействие
) по поверхности неньютоновской жидкости, тем больше становится ее вязкость.
Если медленно опустить пальцы в неньютоновской жидкость, то она будет все такой же жидкой, как обычная вода, не создавая никакого препятствия для вашей руки. Но если вы попытаетесь со всей силы ударить по поверхности неньютоновской жидкости, то вас ждет, как минимум, удивление, поскольку ее поверхность мгновенно превратится в упругую массу, которая не даст вашей руке погрузится вовнутрь нее!
Объяснение
А что такое неньютоновская жидкость? И почему ее так называют?
Немного истории. В конце семнадцатого – начале восемнадцатого века в Англии жил-был знаменитый физик Исаак Ньютон. Это именно он открыл закон всемирного тяготения. Но сейчас не об этом.
Как-то раз Ньютон плавал себе на лодочке, сидя на веслах. И, так как Ньютон был очень внимательным человеком, то он заметил, что если грести веслами медленно и неторопливо, то весла сквозь воду будут проходить легко. А вот если приложить большую силу и начать грести намного быстрее, то весла проходят сквозь воду намного сложнее.
«Как же так?», — подумал физик. Думал он долго, проводил разные эксперименты и расчеты и в результате открыл еще один закон, который в самом простом изложении звучит так:
Вязкость, если попробовать сказать просто, это способность сопротивляться. Вы можете почувствовать это свойство воды во время купания в ванной. Попробуйте погрузить свою руку в воду медленно, вода не окажет вам сопротивления.
А если сильно хлопнуть по поверхности воды, то вы почувствуете ее сопротивление, может быть даже немного больно, так что осторожненько.
А можно ли воздействовать на воду с такой силой, чтобы она стала практически твердой? И может быть даже выдержала бы человека?
Чтобы действительно бегать по воде человеку массой 74 кг и размером ноги 42, необходимо бежать со скоростью 150 км/ч!
Так что бег по воде – это что-то из области фантастики. И это относится не только к воде, но и к молоку или маслу. Да ко всем жидкостям, которые подчиняются закону Ньютона.
Однако, далеко не все подчиняются этому закону. И такие «непокорные» жидкости называют неньютоновскими. И именно такую жидкость, очень похожую на слизь, сделали ребята.
Для того, чтобы полученная субстанция стала очень твердой не требуется огромная сила. Достаточно совсем немножко постараться, и она уже изо всех сил сопротивляется. Именно по этой причине по неньютоновской жидкости можно бегать. Не верите? Посмотрите видео)
Интересно, не так ли?
Рецепт прост. Потребуется крахмал и вода, но только не горячая, а холодная. Опытным путем мы выяснили, что крахмала нужно положить в два раза больше, чем воды. Можно в воду добавить краситель, и тогда ваша слизь получится еще и цветной.
Можно ли обойтись без крахмала? Говорят, что можно, но мы не пробовали. Но рецепт будет таким:
Согласитесь, что вариант с крахмалом и водой намного проще. Да и все ингредиенты дома, под рукой, или в ближайшем продуктовом магазине.
Где применяют неньютоновские жидкости? Их, таких аномальных, немало, они широко используются в различных отраслях промышленности. В нефтяной, например, в химической или перерабатывающей. Все эти жидкости являются искусственно созданными.
Но встречаются они и в природе. Например, болотная топь – это тоже неньютоновская жидкость. Подобно таким жидкостям ведут себя зыбучие пески в пустынях, они «засасывают» в себя все, что на них попадает.
Ну а мы, уже после завершения эксперимента и выключения видеокамеры, выяснили, что с такой аномальной жидкостью можно еще и в цирке выступать. Посмотрите видео)
На сегодня все, друзья. Попробуйте провести этот опыт самостоятельно, это очень интересно)
Еще больше опытов с водой найдете здесь. В следующую субботу, наша домашняя лаборатория порадует вас новым экспериментом. Возможно, будем делать искусственный снег. Не пропустите)
Ваши, Артём, Александра и Евгения Климкович.
Применение неньютоновских жидкостей
Она применяется во многих сферах деятельности – военные разработки, автопромышленность, косметология, кулинария.
В военном производстве разрабатывают новое поколение бронежилетов. Учеными был создан прототип бронежилета нового поколения. Между слоями жилета используют специальный жидкий состав, которая при ударе распределяется по всему бронежилету.
Если в такой жилет попадет пуля, то она не пробьет его, а застрянет внутри. Также применяется при других разработках, например, инновационный материал, из которого делают снаряжение для горнолыжников. Данный материал приставляет собой отдельные ячейки с жидкой и твердой фазой.
В косметологии используют свойства неньютоновской жидкости, чтобы косметика не растекалась по лицу, а держалась красивым макияжем. Примеры из косметологии – различные крема, тональные основы, туши, блески. К каждому продукту подбираются индивидуальные показатели вязкости.
В автомобильной промышленности тоже используют свойства неньютоновсих жидкостей, например, моторные масла. При работе двигателя они уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз.
В качестве примера из кулинарии можно привести кетчуп, майонез, сливочное масло.
Неньютоновские жидкости уже больше 50 лет используют в пожаротушении. Благодаря полимеру длина струи из бронзбойта почти в 2 раза длиннее.
Неньютоновская жидкость применяется во многих производственных процессах нефтепроизводства.
Опыты
Как в целях научного познания, так и просто ради развлечения, можно попробовать провести следующие опыты:
- Проведите пальцем по поверхности получившегося сгустка. Заметили ли вы что-нибудь?
- Погрузите всю кисть руки в загадочное вещество и попытайтесь сжать его пальцами и вытащить наружу из контейнера.
- Попробуйте покатать субстанцию в ладонях, чтобы слепить шарик.
- Можно даже со всей силы хлопнуть по сгустку ладонью. Присутствующие зрители наверняка разбегутся в стороны, ожидая, что их сейчас обрызгает крахмальным раствором, однако необычное вещество останется в контейнере. (Если, разумеется, вы не пожалели крахмала.)
- Зрелищный эксперимент предлагают видеоблогеры. Для него вам понадобится музыкальная колонка, которую следует аккуратно обтянуть плотной пищевой пленкой в несколько слоев. Вылейте раствор на пленку и включите музыку на большой громкости. Вы сможете наблюдать потрясающие визуальные эффекты, возможные только при применении этого уникального состава.
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.
Типы неньютоновского поведения
Резюме
Классификация жидкостей с напряжением сдвига как функцией скорости сдвига.
| Вязкоупругий | Кельвина материал , материал Максвелла | «Параллельная» линейная комбинация упругих и вязких воздействий. | Некоторые смазки , взбитые сливки , Silly Putty |
| Вязкость, зависящая от времени | Реопектический | Кажущаяся вязкость увеличивается с продолжительностью нагрузки | Синовиальная жидкость , чернила для принтера , гипсовая паста |
| Тиксотропный | Кажущаяся вязкость уменьшается с продолжительностью нагрузки | Йогурт , арахисовое масло , растворы ксантановой камеди , водные гели оксида железа , желатиновые гели, пектиновые гели, гидрогенизированное касторовое масло , некоторые глины (включая бентонит и монтмориллонит ), суспензия углеродной сажи в расплавленной резине шин, некоторые буровые растворы , многие краски , многие суспензии хлопьев , многие коллоидные суспензии | |
| Неньютоновская вязкость | Утолщение при сдвиге (дилатант) | Кажущаяся вязкость увеличивается с увеличением нагрузки | Суспензии кукурузного крахмала в воде (ооблек) |
| Истончение сдвига (псевдопластическое) | Кажущаяся вязкость уменьшается с увеличением нагрузки | Лак для ногтей , взбитые сливки , кетчуп , патока , сиропы, бумажная масса в воде, латексная краска , лед , кровь , некоторые силиконовые масла , некоторые силиконовые покрытия , песок в воде | |
| Обобщенные ньютоновские жидкости | Вязкость постоянная. Напряжение зависит от нормальной скорости деформации и деформации сдвига, а также от приложенного к ней давления. | Плазма крови , заварной крем , вода |
Загуститель для сдвига
Вязкость загущающей жидкости при сдвиге или дилатантной жидкости, по-видимому, увеличивается при увеличении скорости сдвига. Кукурузный крахмал, суспендированный в воде («облек», см. ), является типичным примером: при медленном перемешивании он выглядит молочно-белым, при интенсивном — кажется очень вязкой жидкостью.
Разжижающая жидкость для сдвига
Краска — это неньютоновская жидкость. Плоская поверхность, покрытая белой краской, ориентируется вертикально (перед съемкой плоская поверхность была горизонтальной, помещена на стол). Жидкость начинает стекать по поверхности, но из-за своей неньютоновской природы подвергается напряжению из-за гравитационного ускорения . Поэтому вместо того, чтобы скользить по поверхности, он образует очень большие и очень плотные капли с ограниченным стеканием.
Знакомый пример противоположности — жидкость для разжижения сдвига или псевдопластическая жидкость — это краска для стен : краска должна легко стекать с кисти при нанесении на поверхность, но не капать чрезмерно
Обратите внимание, что все тиксотропные жидкости сильно разжижаются при сдвиге, но они значительно зависят от времени, тогда как коллоидные жидкости, «разжижающие при сдвиге», мгновенно реагируют на изменения скорости сдвига. Таким образом, чтобы избежать путаницы, последняя классификация более четко называется псевдопластической.
Другой пример жидкости, разжижающей сдвиг, — кровь. Это применение очень популярно в организме, поскольку оно позволяет снизить вязкость крови с увеличением скорости сдвига.
Бингхэм пластик
Жидкости, которые имеют линейную зависимость напряжения сдвига / деформации сдвига, но требуют конечного напряжения текучести, прежде чем они начнут течь (график зависимости напряжения сдвига от деформации сдвига не проходит через начало координат), называются пластиками Бингема . Несколько примеров — глиняные суспензии, буровой раствор, зубная паста, майонез, шоколад и горчица. На неподвижной поверхности пластика Bingham могут оставаться выступы. Напротив, ньютоновские жидкости в неподвижном состоянии имеют плоские безликие поверхности.
Реопектическое или антитиксотропное
Есть также жидкости, скорость деформации которых зависит от времени. Жидкости, которые требуют постепенно увеличивающегося напряжения сдвига для поддержания постоянной скорости деформации, называются реопектическими . Противоположный случай — жидкость, которая со временем разжижается и требует уменьшения напряжения для поддержания постоянной скорости деформации ( тиксотропная ).
Примеры
Многие обычные вещества демонстрируют неньютоновские потоки. Это включает:
- Мыльные растворы, косметика и зубная паста
- Еда, такая как масло , сыр , джем , майонез , суп , ириски и йогурт.
- Натуральные вещества, такие как магма , лава , камедь , мед и экстракты, такие как экстракт ванили.
- Биологические жидкости, такие как кровь , слюна , сперма , слизь и синовиальная жидкость.
- Растворы, такие как цементный раствор и бумажная масса, эмульсии, такие как майонез, и некоторые виды дисперсий
Oobleck
Демонстрация неньютоновской жидкости в Universum в Мехико
Облек на сабвуфер. Приложение силы к облеку, в данном случае звуковыми волнами, приводит к сгущению неньютоновской жидкости.
Недорогим, нетоксичным примером неньютоновской жидкости является суспензия крахмала (например, кукурузного крахмала) в воде, которую иногда называют «облек», «ил» или «волшебная грязь» (1 часть воды на 1,5–2%). части кукурузного крахмала). Название «облек» происходит от книги доктора Сьюза « Варфоломей и облек» .
Из-за своих дилатантных свойств облек часто используется в демонстрациях, демонстрирующих его необычное поведение. Человек может ходить по большой ванне из ооблека, не утонув из-за его свойств утолщения при сдвиге, если он движется достаточно быстро, чтобы с каждым шагом прилагать достаточно усилий, чтобы вызвать утолщение. Кроме того, если на большой сабвуфер установить громкоговоритель с достаточно высокой громкостью, он будет утолщаться и образовывать стоячие волны в ответ на низкочастотные звуковые волны из динамика. Если бы человек ударил кулаком или ударил по облеку, он бы утолщался и действовал как твердое тело. После удара оболочка вернется в жидкое жидкое состояние.
Flubber (слизь)
Флаббер, также широко известный как слизь, представляет собой неньютоновскую жидкость, которую легко получить из клея на основе поливинилового спирта (например, белого «школьного» клея) и буры . Он течет при низких напряжениях, но ломается при более высоких напряжениях и давлениях. Эта комбинация свойств жидкости и твердого тела делает ее жидкостью Максвелла . Его поведение также можно описать как вязкопластическое или гелеобразное .
Охлажденная карамельная начинка
Другим примером этого является топпинг из охлажденного карамельного мороженого (при условии, что он содержит гидроколлоиды, такие как каррагинан и геллановая камедь ). Внезапное приложение силы — например, путем удара пальцем по поверхности или быстрого переворачивания контейнера, в котором он находится, — заставляет жидкость вести себя как твердое тело, а не как жидкость. Это свойство « загустевания при сдвиге » этой неньютоновской жидкости. При более щадящем обращении, например, медленно вставляя ложку, она останется в жидком состоянии. Однако попытка снова выдернуть ложку приведет к возврату временного твердого состояния.
Глупая замазка
Silly Putty — это суспензия на основе силиконового полимера, которая будет течь, отскакивать или ломаться в зависимости от скорости деформации.
Смола растений
Растительная смола — это вязкоупругий твердый полимер . Оставленный в контейнере, он будет медленно течь как жидкость, чтобы соответствовать контурам контейнера. Однако, если ударить с большей силой, он расколется как твердое тело.
Зыбучие пески
Зыбучие пески — это разжижающийся при сдвиге неньютоновский коллоид, который в состоянии покоя приобретает вязкость. Неньютоновские свойства зыбучих песков можно наблюдать, когда они испытывают легкий шок (например, когда кто-то идет по ним или встряхивает их палкой), переходя между фазами геля и золя и, казалось бы, разжижаясь, вызывая объекты на поверхности зыбучих песков. тонуть.
Кетчуп
Кетчуп — это жидкость, разжижающая сдвиг . Разжижение при сдвиге означает, что вязкость жидкости уменьшается с увеличением напряжения сдвига . Другими словами, движение жидкости изначально затруднено при низких скоростях деформации, но при высоких скоростях она будет течь более свободно. Встряхивание перевернутой бутылки кетчупа может привести к переходу к более низкой вязкости, что приведет к внезапному выбросу разбавленной сдвигом приправы.
Сухие гранулированные потоки
При определенных обстоятельствах потоки сыпучих материалов можно моделировать как континуум, например, используя реологию μ ( I ) . Такие модели континуума имеют тенденцию быть неньютоновскими, поскольку кажущаяся вязкость гранулированных потоков увеличивается с давлением и уменьшается со скоростью сдвига. Основное отличие — напряжение сдвига и скорость сдвига.
Как хранить неньютоновскую жидкость
Как только вы оставляете жидкость в покое на несколько часов, она начинает засыхать. Но стоит добавить воды, и вы снова можете проводить опыты всей семьей.
Лучше хранить в закрытой емкости. Если вы наигрались и хотите вылить, то дождитесь ее засыхания и утилизируйте в урну. В канализацию смывать нельзя.
Каждый день мы сталкиваемся с неньютоновской жидкостью. Мы рассказали, как легко из обычного крахмала дома приготовить необычную воду и провести с детьми опыты. А опыты с ней не только веселые, но и помогают легким языком изучать законы физики.
Неньютоновская жидкость полностью не изучена наукой, но ученые уверены, что благодаря ей произойдет прорыв во многих сферах производства.
Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях?
Евгения Климкович
Здравствуйте, друзья! Приветствуем вас в нашей домашней лаборатории!
И чего уже только не делали юные экспериментаторы Артём и Александра. И цветное мороженное готовили, и йод в синий цвет окрашивали, и волшебные масляные капли изобретали. Но им все мало! И сегодня ребята решили выяснить, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях. Возможно ли это?
Как выяснилось, вполне возможно. Доказательство на видео ниже.
Объяснение
А что такое неньютоновская жидкость? И почему ее так называют?
Немного истории. В конце семнадцатого – начале восемнадцатого века в Англии жил-был знаменитый физик Исаак Ньютон. Это именно он открыл закон всемирного тяготения. Но сейчас не об этом.
Как-то раз Ньютон плавал себе на лодочке, сидя на веслах. И, так как Ньютон был очень внимательным человеком, то он заметил, что если грести веслами медленно и неторопливо, то весла сквозь воду будут проходить легко. А вот если приложить большую силу и начать грести намного быстрее, то весла проходят сквозь воду намного сложнее.
«Как же так?», — подумал физик. Думал он долго, проводил разные эксперименты и расчеты и в результате открыл еще один закон, который в самом простом изложении звучит так:
Вязкость жидкость увеличивается пропорционально силе воздействия на нее.
Вязкость, если попробовать сказать просто, это способность сопротивляться. Вы можете почувствовать это свойство воды во время купания в ванной. Попробуйте погрузить свою руку в воду медленно, вода не окажет вам сопротивления.
А если сильно хлопнуть по поверхности воды, то вы почувствуете ее сопротивление, может быть даже немного больно, так что осторожненько.
А можно ли воздействовать на воду с такой силой, чтобы она стала практически твердой? И может быть даже выдержала бы человека? Вот как на этом видео, например.
Что мы здесь видим? Человек бежит по воде. Невообразимо! Здорово! Видимо он бежит так быстро и так сильно воздействует на поверхность водоема, что жидкость становится настолько вязкой, что позволяет от себя отталкиваться.
Как выяснилось, это просто шутка. Люди на видео бегали не по воде, а по мосткам, которые они спрятали под водой.
А чтобы действительно бегать по воде человеку массой 74 кг и размером ноги 42, необходимо бежать со скоростью 150 км/ч!
Для справки. Самый высокоскоростной человек на планете – это Усейн Болт. Ямайский спортсмен. Его максимальная скорость – 37,578 км/ч.
Так что бег по воде – это что-то из области фантастики. И это относится не только к воде, но и к молоку или маслу. Да ко всем жидкостям, которые подчиняются закону Ньютона.
Для того, чтобы полученная субстанция стала очень твердой не требуется огромная сила. Достаточно совсем немножко постараться, и она уже изо всех сил сопротивляется. Именно по этой причине по неньютоновской жидкости можно бегать. Не верите? Посмотрите видео)
Интересно, не так ли?
Рецепт прост. Потребуется крахмал и вода, но только не горячая, а холодная. Опытным путем мы выяснили, что крахмала нужно положить в два раза больше, чем воды. Можно в воду добавить краситель, и тогда ваша слизь получится еще и цветной.
Можно ли обойтись без крахмала? Говорят, что можно, но мы не пробовали. Но рецепт будет таким:
В одной мисочке нужно смешать ¾ стакана воды с 1 стаканом клея ПВА.
В другой мисочке смешать ½ стакана воды и 2 ст. ложки буры.
Потом соединить эти два раствора и перемешать.
Согласитесь, что вариант с крахмалом и водой намного проще. Да и все ингредиенты дома, под рукой, или в ближайшем продуктовом магазине.
Где применяют неньютоновские жидкости? Их, таких аномальных, немало, они широко используются в различных отраслях промышленности. В нефтяной, например, в химической или перерабатывающей. Все эти жидкости являются искусственно созданными.
Но встречаются они и в природе. Например, болотная топь – это тоже неньютоновская жидкость. Подобно таким жидкостям ведут себя зыбучие пески в пустынях, они «засасывают» в себя все, что на них попадает.
Ну а мы, уже после завершения эксперимента и выключения видеокамеры, выяснили, что с такой аномальной жидкостью можно еще и в цирке выступать. Посмотрите видео)
Еще больше опытов с водой найдете здесь. В следующую субботу, наша домашняя лаборатория порадует вас новым экспериментом. Возможно, будем делать искусственный снег. Не пропустите)
Ваши, Артём, Александра и Евгения Климкович.
Классификация
Существует 3 основных группы аномальных субстанций.
Вязкие
Не зависят от времени. Среди них выделяют вязкопластичные — масляные краски, разновидности пасты. К псевдопластичным веществам относят суспензии полимеров, целлюлозы. При небольшом напряжении они текут. Дилатантные (раствор крахмала, различные типы клея) при интенсивном воздействии густеют.
Нереостабильные
Подвержены временному фактору. Простокваша, кефир, майонез, кетчуп теряют вязкость при взбалтывании. Их называют тиксотропными. Реопектические субстанции со временем уплотняются. Это коллоидные растворы, бентонитовые глины.
Вязкоупругие
Под воздействием силы текут, затем восстанавливают прежнюю структуру. К ним относят некоторые виды смол и тестообразные пасты.
Примеры природных неньютоновских жидкостей — это зыбучие пески, трясина на болоте, грунтовые плывуны.
Заключение и выводы
В результате проделанной работы был проведён обзор теоретических источников информации. Проведена серия экспериментов с неньютоновской жидкостью, рассчитали плотность, определили температуру кипения и кристаллизации неньютоновских жидкостей.
По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:
1. Если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее, то нет. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело.
2. При изменении температуры изменяется плотность жидкости.
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.
