НЬЮТОНОВСКАЯ И НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сорокин Д.А. 1

---

1МБОУ Никольская СОШ

Кузькина М.Ю. 1

---

1МБОУ Никольская СОШ

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I 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.

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.

Человек, как и все живые существа на Земле, не может обходиться без жидкости. Без воды так точно, хотя кто-то умудряется не мыслить своего бытия. Но замечали ли вы когда-нибудь, что не все жидкости ведут себя одинаково? Некоторые из них при тех или иных обстоятельствах начинают «оригинальничать», и причины подобного поведения до сих пор остаются загадкой для науки. 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

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, необходимо обратить внимание людей для максимального использования данного рода жидкостей в жизнедеятельности человека.

Новизна состоит в том, что работа рассчитана на комплексное и многоплановое обучение на местном краеведческом материале.

Этапы работы:

1. Сбор информации о пластилине

2. Исследование свойства пластилина

3. Анкетирование

4. Подведение общего итога исследования

Гипотеза исследования: неньютоновская жидкость - это смесь, которая обладает некоторыми особыми свойствами и свойства этих жидкостей отличаются от свойств, например, воды.

Цель: изучить некоторые физические свойства неньютоновской жидкости и чем они отличаются от ньютоновской жидкости

Задачи:

• Найти в источниках информации определения и описания неньютоновских жидкостей.

• Провести анкетирование старших школьников и взрослых на предмет информированности о неньютоновских жидкостях.

• Описать свойства неньютоновских жидкостей и их отличия от ньютоновских жидкостей (плотность, температура кипения, температура кристаллизации);

• Найти рецепты создания неньютоновских жидкостей и изготовить их.

II Основное содержание

2.1 Происхождение понятия неньютоновские жидкости

Первые работы о свойствах неньютоновских жидкостей появились в 50-х годах прошлого века. Самыми известными примерами таких жидкостей являются: зыбучие пески и хорошо известные из русских сказок молочные реки – кисельные берега. 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.

Свойства неньютоновских жидкостей изучает наука реология (от греч. rheos-течение, поток и logos-слово, учение), наука, изучающая деформационные свойства реальных тел, наука о деформациях и текучести вещества. Реология рассматривает действующие на тело механические напряжения и вызываемые ими деформации. Термин "реология" ввёл американский учёный-химик Юджин Бингам. Реология тесно переплетается с гидромеханикой, теориями упругости, пластичности и ползучести. В основу реологии легли законы Исаака Ньютона о сопротивлении движению вязкой жидкости, работы Дж. Максвелла, У. Томсона и др. Подраздел реологии - биореология изучает механические свойства биологических жидкостей (крови, синовиальной, плевральной жидкостей) и деформационные свойства мышц, сосудов у человека и животных. Поэтому с практической точки зрения исследования в этой области актуальны и совершенно необходимы. С чисто научной точки зрения изучение неньютоновских жидкостей также очень интересно и актуально, поскольку даже в простых течениях они могут проявлять поведение, качественно отличающееся от поведения обычной ньютоновской жидкости.

Характеристика жидкого состояния

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. Жидкость – состояние вещества, в котором оно может неограниченно менять форму при механическом воздействии снаружи, даже очень малом, практически сохраняя при этом объём. У жидкости нет такой сильной, как у твердого тела, внутренней связи между частицами, чтобы сопротивляться воздействию внешних сил Способность жидкость приобретать какую-либо форму текучестью. Другое важное свойство жидкостей, роднящее их с газами – вязкость. Она определяется, как способность оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. Когда соседние слои частиц (молекул), составляющих жидкость, движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение частиц, и возникают силы, затормаживающие их упорядоченное движение.

2.2 Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Все жидкости, с которыми можно столкнуться в реальном мире, принадлежат к одной из двух категорий. Они либо ньютоновские, либо неньютоновские. Первые ведут себя самым естественным образом. Вода, набранная в ладошку, будет стремиться проскользнуть сквозь пальцы. Сироп тоже потечет вниз, но медленнее. У сладкоежки будет время, чтобы слизать его, пусть даже частично, а не полностью. Из чего мы легко можем сделать вывод, что он гораздо более вязкий, чем вода.

Жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими.

К ньютоновским относятся однородные жидкости. Ньютоновская жидкость – это вода, масло, нефтепродукты, ацетон, глецирин и т.д. и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть такие, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали.

В ньютоновских растворах молекулы движутся согласно законам Ньютона.

Неньютоновская жидкость может быть вязкой, текучей или твердой, в зависимости от характера внешней воздействующей силы. Законы Ньютона не выполняются. Неньютоновские жидкости не обладают большой подвижностью. Неньютоновская жидкость-это промежуточное вещество между текучей субстанцией и твердым телом.

Примером природных неньютоновских жидкостей- это зыбучие пески, трясина на болоте, грунтовые плывуны.

Свойства неньютоновской жидкости- способность изменять плотность. При механическом воздействии укрепляется связь между молекулами, а жидкость приобретает характеристики твердого тела (Приложение 1)

2.3 Практическая часть

В практической части мы провели несколько опытов.

Неньютоновская жидкость своими руками

Эксперимент №1«Получение неньютоновской жидкости»

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

Опыт №1 (Приложение 2)

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. Связанно это будет с тем, что, после прекращения воздействия на него, жидкость снова примет свойства жидкой фазы.

Опыт №2

Оборудование: клей ПВА, буры (тетрабората натрия)

Ход эксперимента

1. Выдавить в емкость клей.

2. Добавить в раствор тетрабората натрия взятых в пропорции от 1:1 до 1:4

3. Тщательно перемешать

4. Дать настоятся в герметично закрытой емкости 2 часа

Опыт №3 (Приложение 3)

Оборудование: клей ПВА, краситель, сода, вода

Ход эксперимента

1. 50 мл воды и клея ПВА тщательно смешать.

2. Добавить в смесь краситель и снова перемешать

3. Отдельно растворить 20г соды в воде (50мл)

4. Постепенно влить содовый раствор в смесь, вымешивая до однородной консистенции.

Недостаток неньютоновской жидкости своими руками- недолговечность. Постояв они быстро засыхают. Чтобы восстановить вязкую структуру, добавить воды.

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

Э ксперимент №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.

Социологический опрос

С одержание анкеты:

1.Как Вы думаете, может ли человек ходить по поверхности жидкости?

2 .Слышали ли вы о неньютоновской жидкости?

Вывод:

Ни один из респондентов не назвал неньютоновские жидкости, что говорит об отсутствии знаний о жидкостях такого рода. Но учащиеся поняли, что такие жидкости существуют и что есть жидкости, по которым можно передвигаться .

Результаты анкетирования родителей показали ходить по воде и другим жидкостям можно, что такие жидкости существуют: это жидкости вязкие, с большой плотностью и знают о существовании неньютоновской жидкости.

Результаты анкетирования убедительно показали, что данная работа будет интересна не только школьникам, но и взрослым.

2.4 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.

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.

В военном деле - производство бронежилетов с технологией «жидкой брони». В месте удара наполнитель мгновенно затвердевает. В обычном состоянии жилет мягкий и эластичный.

В производстве автомобилей. Специальные суспензии добавляют в масла для снижения трения при высоких оборотах мотора

В тушении пожаров. Чтобы увеличить длину струи из брандспойта, в раствор для тушения огня примешивают полимеры

III Заключение

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.

IVСписок используемых источников и литературы

1. Зарембо Л.К., Болотовский Б.М., Стаханов И.П. и др. Школьникам о современной физике. Просвещение,2016г.

2. Кабардин О.Ф., Физика, справочные материалы, Просвещение, 2008

3. Перышкин. А.В.Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2018 г.

4. Интернет- ресурсы.

http://anydaylife.com/fact/post/2121

https://ru.wikipedia.org/wiki/Неньютоновская_жидкость

https://vilingstore.net/Nenyutonovskaya-zhidkost-i174923

V Приложения

Приложение 1

Сравнение свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей

Приложение 2

Опыт1

Приложение 2

Опыт 3