…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

Теоретическая часть

Жидкость - это одно из состояний вещества. Таких состояний три, их еще называют агрегатными, это газ, жидкость и твердое вещество. Жидким вещество называют, если оно обладает свойством неограниченно менять форму под внешним воздействием, 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 бывают идеальные и реальные. Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью объёма под воздействием внешних сил. Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений. Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими.

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

Другое дело - это неньютоновские жидкости. Их особенность заключена в том, что их текучие свойства колеблются в зависимости от скорости ее тока.

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. В своих наблюдениях 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. Исторически, эти работы Ньютона положили начало изучению вязкости и реологии.

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. Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности.

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 даже звуковыми волнами и электромагнитными полями. 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, вследствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшение скорости тока жидкости.

Экспериментальная часть

В практической части мы провели несколько опытов.

Эксперимент №1 «Получение неньютоновской жидкости»

Цель: получить неньютоновскую жидкость и проверить, как она ведёт себя в обычных условиях.

Оборудование: вода, крахмал, чаша.

Ход эксперимента:
1 Взяли чашу с водой и крахмал. Смешали в равных долях вещества.
2 Получилась белая жидкость.

Заметили, если мешать быстро, чувствуется сопротивление, а если медленнее, то нет. Получившуюся жидкость можно налить в руку и попробовать скатать шарик. При воздействии на жидкость, пока мы будем катать шарик, в руках будет твердый шар из жидкости, причем, чем быстрее и сильнее мы будем на него воздействовать, тем плотнее и тверже будет наш шарик. Как только мы разожмем руки, твердый до этого времени шар тут же растечется по руке. Связано это будет с тем, что после прекращения воздействия на него, жидкость снова примет свойства жидкой фазы.

Эксперимент №2 «Изучение некоторых физических свойств неньютоновских жидкостей»

Для изучения свойств мы взяли смесь крахмала с водой, полученную в предыдущем эксперименте, гель для душа и подсолнечное масло.

Цель этого эксперимента: опытным путём определить плотность, температуру кипения и температуру кристаллизации данных жидкостей.

В результате проведённых опытов, мы получили следующие данные:

Эксперимент №3 «Изучение влияния магнитных полей на неньютоновскую жидкость»

Эксперименты с ферромагнитной жидкостью широко распространены в виде видеороликов в интернете. Дело в том, что данный вид жидкости под действием магнита совершает определенные движения, что делает эксперименты очень зрелищными.

Ферромагнитную жидкость можно изготовить своими руками в домашних условиях. Для этого возьмём масло (подойдет моторное, подсолнечное и прочие), а также тонер для лазерного принтера (субстанция в виде порошка). Теперь смешаем оба ингредиента до консистенции сметаны.

Для того, чтобы эффект был максимальным, погреем получившуюся смесь на водяной бане в течение приблизительно получаса, не забывая при этом ее помешивать.
Ферромагнитная жидкость (феррофлюид) – это жидкость, которая сильно поляризуется под воздействием магнитного поля. Проще говоря, если приблизить обычный магнит к этой жидкости, она производит определенные движения, например, становится похожей на ежика, встает горбом и т.д.

Изготовление игрушки - лизуна

Самая первая игрушка-лизун или слайм (slime) была сделана компанией Mattel в 1976 году. Игрушка-Лизун заслужила популярность благодаря своим забавным свойствам – одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться. Обладающий свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро стала безумно популярной у детей и взрослых. Лизуна можно было купить не везде, но забавную игрушку скоро научились делать в домашних условиях.

Изготовление лизуна своими руками и в домашних условиях отличается от оригинального рецепта. Поэтому будем использовать более доступные вещества:

1. Клей ПВА. Белый, желательно свежий клей можно купить в любом канцелярском или строительном магазине. Клея для Лизуна нам понадобится примерно половина обычного стакана, около 100 гр.
2. Вода – самая обычная вода из-под крана. При желании можно взять кипяченую, комнатной температуры. Понадобится немного больше стакана.
3. Тетраборат натрия, боракс или бура. Может быть приобретен в аптеке, в форме 4%-ного раствора.
4. Пищевой краситель или несколько капель зеленки. Оригинальный лизун – зеленый, и зеленка отлично подходит на роль подкрашивающего вещества.
5. Мерный стакан, посуда и палочка для смешивания. В качестве палочки можно взять карандаш, ложку или любой другой подходящий предмет.

Переходим к самому процессу создания лизуна:

Растворяем столовую ложку боракса в стакане воды.
- Четверть стакана воды и четверть стакана клея превращаем в однородную смесь в другой посуде. При желании туда же добавляем краситель.
- Перемешивая клеевую смесь, постепенно добавляем туда раствор буры, примерно полстакана. Мешаем до получения желеобразной однородной массы.
- Проверяем результат: загустевшая субстанция, собственно, и является игрушкой лизуном. Ее можно выложить на стол, помять и проверить все ее оригинальные свойства.

Применение неньютоновских жидкостей

В мире, как ни странно, очень популярны данные жидкости. 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.

Применение в косметологии

Косметические компании зарабатывают огромную прибыль на том, что смогли найти идеальный баланс вязкости, который нравится покупателям.

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. Вязкость для каждого изделия подбирается индивидуально, в зависимости от того, для какой цели оно предназначено. Блеск для губ, например, должен быть достаточно вязким, чтобы долго оставаться на губах, но не слишком вязким, иначе тем, кто им пользуется, будет неприятно ощущать на губах что-то липкое. В массовом производстве косметики используют специальные вещества, называемые модификаторами вязкости. В домашней косметике для тех же целей используют разные масла и воск.

В гелях для душа вязкость регулируют для того, чтобы они оставались на теле достаточно долго, чтобы смыть грязь, но не дольше, чем нужно, иначе человек почувствует себя снова грязным. Обычно вязкость готового косметического средства изменяют искусственно, добавляя модификаторы вязкости.

Наибольшая вязкость - у мазей. Вязкость кремов - ниже, а лосьоны - наименее вязкие. Благодаря этому лосьоны ложатся на кожу более тонким слоем, чем мази и кремы, и действуют на кожу освежающе. По сравнению с более вязкой косметикой, их приятно использовать даже летом, хотя втирать их нужно сильнее и чаще приходится наносить повторно, так как они долго не задерживаются на коже. Кремы и мази дольше остаются на коже, чем лосьоны, и сильнее ее увлажняют. Их особенно хорошо использовать зимой, когда в воздухе меньше влаги. В холодную погоду, когда кожа сохнет и трескается, очень помогают такие средства как, например, масло для тела - это что-то среднее между мазью и кремом. Мази намного дольше впитываются и после них кожа остается жирной, но они намного дольше остаются на теле. Поэтому их часто используют в медицине.

От того, понравилась ли вязкость косметического средства покупателю, часто зависит, выберет ли он это средство в будущем. Именно поэтому производители косметики тратят много усилий на то, чтобы получить оптимальную вязкость, которая должна понравиться большинству покупателей. Один и тот же производитель часто выпускает продукт для одних и тех же целей, например гель для душа, в разных вариантах и с разной вязкостью, чтобы у покупателей был выбор. Во время производства строго следуют рецепту, чтобы вязкость соответствовала стандартам.

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. Самые известные примеры таких салатов - селедка под шубой и оливье. Если вместо майонеза или другого вязкого соуса использовать оливковое масло, то овощи и другие продукты не будут держать форму.

Вязкие продукты с их способностью удерживать форму используют также для украшения блюд. Например, йогурт или майонез на фотографии не только остаются в той форме, которую им придали, но и поддерживают украшения, которые на них положили.

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.

Применение в технике

Неньютоновские жидкости используются в автопроме, моторные масла синтетического производства на основе неньютоновских жидкостей уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз, при повышении оборотов двигателя, позволяя при этом уменьшить трение в двигатели.

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.

Литература

Методические материалы:

1. А. В.Перышкин. Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2008 г.
2. Зарембо Л.К., Болотовский Б.М., Стаханов И.П. и др. Школьникам о современной физике. Просвещение,2006г.
3. Кабардин О.Ф., Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988

Работу выполнили :
Скибин Илья, ученик 9 класса
Харитонов Вадим, ученик 9 класса

Руководитель :
Гиевская Людмила Ивановна
учитель физики

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение
Новокалитвенская средняя общеобразовательная школа
Россошанского муниципального района
Воронежской области

Все знают, что любая жидкость растекается. Но есть субстанции, которые могут занимать вертикальное положение и даже выдержать человеческий вес. Они отличаются неоднородной структурой и называются неньютоновскими жидкостями. Хотите удивить ребенка или гостей интересными опытами? Сделайте самостоятельно неньютоновскую жидкость в домашних условиях.

Делаем неньютоновскую жидкость в домашних условиях – способ первый

Приготовьте холодную воду, глубокую посудину и упаковку крахмала – картофельного или кукурузного. Способ приготовления:

  • насыпаете в миску четвертую часть упаковки крахмала;
  • медленно наливаете половину стакана воды в миску. Помешайте. Добавьте краситель в воду – получите цветную массу;
  • продолжаете насыпать в посудину крахмал и наливать понемногу воду до тех пор, пока не выйдет масса, похожая на кисель;
  • размешивайте массу до однородности. Лучше всего мешать руками;
  • выливаете полученную жидкость в форму для выпечки или другую посудину. Перемешиваете ее указательным пальцем по кругу – сначала медленно и постепенно ускоряете движения. У вас получилась необычная субстанция.

На размешивание уйдет немало времени, пока жидкость станет плотной. Используйте воду с крахмалом в одинаковых пропорциях, но часто воды требуется больше. Жидкость становится плотной по мере добавления крахмала. В конечном итоге у вас получится белая вязкая масса, которую можно налить на ладонь.

Делаем неньютоновскую жидкость в домашних условиях – способ второй

Приготовьте:

  • ¾ ст. воды и половину стакана отдельно;
  • 1 ст. клея ПВА;
  • 2 ст. ложки буры.

Наливаете в глубокую тарелку 3/4 стакана воды и помещаете туда клей. Хорошо перемешайте. В другой миске соедините половину стакана воды с бурой. Размешайте до полного растворения буры. Соединяете два раствора в одной посудине и хорошо перемешиваете. По желанию в процессе приготовления положите краситель. Помещаете неньютоновскую жидкость в пакет, завяжите его и разомните массу. Храните субстанцию в холодильнике и демонстрируйте по необходимости ее свойства.

Делаем съедобную неньютоновскую жидкость в домашних условиях

Порадуйте детей съедобной неньютоновской жидкостью. Налейте в кастрюлю банку сгущенки. Помещаете на небольшой огонь плиты и добавьте столовую ложку крахмала. Потихоньку помешивайте и варите жидкость до тех пор, когда она загустеет. Выключите плиту и добавляете в загустевшую массу пищевой краситель, размешиваете. Поставьте кастрюлю на подоконник остывать. Дети могут поиграть сладкой массой или скушать ее. Но попросите их быть аккуратными, жидкость оставляет на одежде пятна.

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!

Здравствуйте, друзья! Приветствуем вас в нашей домашней лаборатории!

И чего уже только не делали юные экспериментаторы Артём и Александра. И готовили, и окрашивали, и 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.

Ход эксперимента

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.

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:

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)

На сегодня все, друзья. Попробуйте провести этот опыт самостоятельно, это очень интересно)

Еще больше опытов с водой найдете . В следующую субботу, наша домашняя лаборатория порадует вас новым экспериментом. Возможно, будем делать искусственный снег. Не пропустите)

Ваши, Артём, Александра и Евгения Климкович.

И в основном с точки зрения практики (в качестве описания и в виде ).

Неньютоновская жидкость и жвачка для рук (также известная как хендгам) — это одного поля ягоды. Вернее, второе — частный случай первого. А первое — более общая категория 🙂 Итак, начнём с определения:

Неньютоновская жидкость — это жидкость, которая временами ведёт себя как твёрдое тело. А временами — как жидкость. Так, обычная жидкость может растекаться, течь. И неньютоновская жидкость это может. С другой стороны, обычная жидкость не может быть твёрдой, отскакивать, образовывать — а неньютоновская может. В общем, результат получается весьма интересный. Причина этого результата в том, что данные жидкости чаще всего созданы из больших полимерных молекул, "сцепление" между которыми не очень велико, и эти молекулы могут достаточно свободно скользить относительно друг друга (почти получается).

Так, например, если взять неньютоновскую жидкость типа "шампунь" и под достаточным напором и верным углом выливать её на твёрдую поверхность, то можно увидеть, как струйка шампуня отскакивает от поверхности и образует дугу — прямо как на этом :

Кстати, данный эффект имеет своё название: "Эффект Кея". При определённой сноровке (где-то на десятой баночке шампуня) также круто делать можете научиться и вы 🙂 Но закончим с теорией и перейдём к обещанной практике:

Мы предлагаем вам два способа получить неньютоновскую жидкость. Первый — это чуть более грязный, второй — чуть менее надёжный, хоть и более зрелищный.

Итак, неньютоновская жидкость из крахмала и воды.

Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В в результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество.

Также если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Вы почувствуете, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот "кисель" и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой.

Если вы заметили, то описанное поведение смеси достаточно похоже на поведение теста. Поэтому скорее всего, если вы решите сделать эту смесь менее грязной, то можно туда насыпать чуть-чуть муки. Видео в тему (о том, что можно делать с неньютоновской жидкостью):

И на этой радостной ноте переходим ко второму способу приготовления неньютоновской жидкости:

Почти неньютоновская жидкость из тетрабората натрия (буры) и клея ПВА.

Как понятно из названия, для этого опыта, результаты которого более похожи на хэндгам (жвачку для рук), необходимы тетраборат натрия (бура), которую можно достать в аптеке или на рынке у старушек, и клей ПВА. Пропорции смешивания также зависят от качества ингридиентов, и поэтому разнятся от рецепта к рецепту. Чаще всего это клей: тетраборат = от 1:1 до 1:4.

Для справки: тетраборат натрия («бура») — Na2B4O7, соль слабой борной кислоты и сильного основания, распространённое соединение бора, имеет несколько кристаллогидратов, широко применяется в технике.

Основной принцип — очень тщательно и быстро мешать. Наша задача — равномерно распределить буру в объёме клея ПВА до тех пор, пока не началось физико-химическое взаимодействие между ними, которое может сделать невозможным дальнейшее перемешивание (равно как и образование желаемого хендгама). В общем, в результате может получится творог. Поэтому данный способ и назван менее надёжным. Хотя и более чистым — после сделанного хендгама руки не остаются в потёках крахмала.

Хотя есть совет — оставить смесь на пару часиков в герметично закрытой ёмкости для расстаивания. Обещанный видео-урок, как сделать жвачку для рук с помощью буры и клея ПВА :

По поводу клея ПВА: есть мнение, что марка ПВА-М не подходит для таких экспериментов.

Кстати, второй вариант называется "почти неньютоновская жидкость", поскольку смесь, хоть и не липнет к рукам, не всегда хочет стекать, отскакивать от пола и капать. Хотя в остальном — всё ок 🙂

В обоих случаях в смесь можно добавить какой-нибудь краситель, и тогда результат будет более весёлым.

Если подумать, то можно предположить, что бура, добавленная в первом случае, к крахмалу и воде, также может оказать дополнительный эффект, уменьшающий грязность этого способа. А крахмал, добавленный ко второму рецепту может замедлить схватывание и застывание клея со временем. Также возможно применение буры в сухом виде.

Удачных экспериментов с неньютоновскими жидкостями!

У большинства жидкостей (вода, низкомолекулярные органические соединения, истинные растворы, расплавленные металлы и их соли) коэффициент вязкости зависит только от природы жидкости и температуры. Такие жидкости называются ньютоновскими и силы внутреннего трения, возникающие в них, подчиняются закону Ньютона (формула 11).

У некоторых жидкостей, преимущественно высокомолекулярных (например, растворы полимеров) или представляющих дисперсионные системы (суспензии и эмульсии), зависит также от режима течения - давления и градиента скорости . При их увеличении вязкость жидкости уменьшается вследствие нарушения внутренней структуры потока жидкости. Их вязкость характеризуют так называемым условным коэффициентом вязкости, который относится к определенным условиям течения жидкости (давление, скорость). Такие жидкости называются структурно вязкими или неньютоновскими.

1.4. Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля.

Занимаясь исследованием кровообращения, французский врач и физик Пуазейль пришел к необходимости количественного описания процессов течения вязкой жидкости вообще. Установленные им для этого случая закономерности имеют важное значение для понимания сущности гемодинамических явлений и их количественного описания.

Пуазейль установил, что вязкость жидкости может быть определена по объему жидкости, протекающей через капиллярную трубку. Этот метод применим только к случаю ламинарного течения жидкости.

Пусть на концах вертикальной капиллярной трубки длиной l и радиусомR создана постоянная разность давленийр. Выделим внутри капилляра столбик жидкости радиусомr и высотойh . На боковую поверхность этого столбика действует сила внутреннего трения:

Рис. 6 Схема для вывода формулы Пуазейля.

Еслир 1 ир 2 – давления на верхнее и нижнее сечения соответственно, то силы давления на эти сечения будут равны:

F 1 = p 1 r 2 и F 2 = p 2 r 2 .

Сила тяжести равна F тяж = mgh =  r 2 gl .

При установившемся движении жидкости, согласно второму закону Ньютона:

F тр + F давления + F тяж =0,

Учитывая, что (р 1 -р 2 ) =р, dv равно:

Интегрируем:

Постоянную интегрирования находим из условия, что при r = R скоростьv =0 (слои, прилегающие непосредственно к трубе, неподвижны):

Скорость частиц жидкости в зависимости от расстояния от оси равна:

Объем жидкости, протекающий через некоторое сечение трубки в пространстве между цилиндрическими поверхностями радиусами r и r + dr за время t , определяется по формулеdV =2 rdrvt или:

Полный объем жидкости, протекающей через сечение капилляра за время t:

(19)

В случае, когда пренебрегаем силой тяжести жидкости (горизонтальный капилляр), объем жидкости, протекающий через сечение капилляра, выражается формулой Пуазейля:

(20)

Формулу 20 можно преобразовать: разделим обе части этого выражения на время истечения t. Слева получим объемную скорость течения жидкости Q (объем жидкости, протекающий через сечение за единицу времени). Величину8 l / 8 R 4 обозначим через Х.. Тогда формула 20 принимает вид:

(21)

В такой записи формула Пуазейля (ее еще называют уравнением Гагена-Пуазейля) аналогична закону Ома для участка электрической цепи.

Можно провести аналогию между законами гидродинамики и законами протекания электрического тока по электрическим цепям. Объемная скорость течения жидкости Q является гидродинамическим аналогом силы электрического тока I. Гидродинамическим аналогом разности потенциалов 1 - 2 является перепад давленийР 1 - Р 2 . Закон ОмаI =( 1 - 2 )/R имеет своим гидродинамическим аналогом формулу 20. ВеличинаХ представляет собойгидравлическое сопротивление - аналог электрического сопротивления R.