XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изготовление неньютоновской жидкости
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На летних каникулах я гостил у бабушки. Когда она готовила нам картофельные оладьи, на дне миски я заметил белый осадок. Бабушка сказала, что это крахмал. Мне захотелось его потрогать. Но мои ощущения были странные от того, что я не понимал, твердое это было вещество или жидкое. Когда я стучал по осадку пальцем, вещество мне казалось твердым. А если я медленно опускал на него палец, вещество мне казалось жидкостью. Это меня очень заинтересовало, и я решил больше узнать про подобное вещество. И где его можно применить.
Первым делом я стал искать ответы в Интернете. Каково было мое удивление, когда я узнал, что это необычное вещество называют неньютоновской жидкостью. Оказывается, еще в конце 17 века великий физик Исаак Ньютон заметил, что грести веслами быстро намного тяжелее, чем грести медленно. Тогда он сформулировал закон, который я понял так: «если увеличить силу воздействия на такую жидкость, то и вязкость ее тоже увеличится».
Я поставил перед собой Цель: изготовить неньютоновскую жидкость.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
-
изучить научную литературу, Интернет-ресурсы и узнать состав неньютоновской жидкости;
-
изготовить из подручных материалов неньютоновскую жидкость и описать её свойства;
-
познакомиться с возможностями применения неньютоновской жидкости.
Описание исследовательской работы
Сначала я стал расспрашивать родителей и старшую сестру. Никому из них ничего не было известно о похожих веществах. Тогда я стал искать ответы в Интернете, смотреть видеоролики на YouTube-каналах. Каково было мое удивление, когда я узнал, что неньютоновская жидкость - это жидкость, которая не подчиняется закону вязкости Ньютона. Неньютоновские жидкости под действием силы могут становиться более жидкими или более твердыми. Томатный кетчуп, например, становится более жидким, если его взболтать, значит, он является неньютоновской жидкостью. К неньютоновским жидкостям можно отнести заварной крем, зубную пасту, суспензию крахмала, масляную краску, кровь, растопленное сливочное масло, шампунь и зыбучие пески. Самым простым способом в изготовлении такой жидкости является приготовление суспензии крахмала. Для этого понадобятся лишь крахмал и вода.
Я приступил к изготовлению неньютоновской жидкости.
Опыт №1.
Я взял крахмал, насыпал его в миску и стал добавлять в него холодную воду. У меня получилось вещество белого цвета. Когда я размешивал это вещество быстро, то чувствовал сопротивление, а когда медленно, сопротивления не было.
Опыт №2.
Я взял немного вещества в руку и стал катать шарик. Когда я катал его быстро, шарик становился твердым. Как только я останавливался, он растекался по руке.
Опыт №3.
Я с силой ударил кулаком по раствору крахмала. Но мой кулак каждый раз останавливался на поверхности раствора. К моему удивлению не было даже брызг! Тогда я взял у папы молоток и стал со всей силы ударять по жидкости. Чем сильнее я бил, тем сильнее чувствовал сопротивление. Брызги не разлетались.
Опыт №4.
Тогда я взял деревянную дощечку, положил ее на поверхность моей жидкости. И стал забивать молотком гвоздь. У меня легко получилось это сделать.
Опыт №5.
Я медленно опустил в жидкость руку, резко сжал пальцы и нащупал в руке твердый комок. Потом я захотел достать руку и резко дернул ее. Рука поднялась вверх вместе с миской, так как вещество внезапно стало твердым.
Опыт №6.
Когда я набирал в руку это вещество и выливал с высоты, тонкая струйка мне напомнила змею. Я взял палочку и ударил по струйке. «Змейка» отодвинулась в сторону.
Опыт №7.
Я решил перелить часть жидкости в другую емкость для нового эксперимента. Резко перевернул и встряхнул миску. Жидкость затвердела как по команде. Однако через некоторое время вновь стала текучей.
Вывод: если на эту жидкость с силой воздействовать, то она приобретает свойства твердого вещества.
Что же происходит с неньютоновскими жидкостями? Частицы крахмала набухают в воде и формируются контакты в виде хаотически сплетенных молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешнее воздействие как упругая пружина. При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться. Сетка рвется, и молекулы расходятся.
Опыт№ 8.
Я захотел продолжить эксперименты с неньютоновской жидкостью. Часть вещества я положил в полиэтиленовый пакет и отправил в морозильную камеру. Вторую часть – положил в микроволновку. При нагревании в микроволновке неньютоновская жидкость превратилась в пирожок, который чем-то напомнил мне яичницу, где белая и желтая части были похожи на белок и желток яйца.
Когда я достал вторую часть вещества из морозильника, то увидел, что моя жидкость замерзла, на ней я рассмотрел интересные узоры. В руках она стала крошиться, а затем снова превратилась в жидкость.
Выводы
В ходе своей исследовательской работы я узнал, что такое неньютоновская жидкость, познакомился с ее свойствами. Изготовил неньютоновскую жидкость из крахмала и воды.
Где же можно найти применение этой удивительной жидкости?
В США на основе данных жидкостей, министерство обороны начало выпуск бронежилетов для военных.
В автомобильной промышленности используют моторные масла на основе неньютоновских жидкостей.
Чтобы косметика держалась на коже, ее делают вязкой.
Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной, чтобы удерживать слои продуктов на месте тоже используют продукты, обладающие свойствами неньютоновской жидкости.
Я хочу продолжить изучать неньютоновские жидкости и изготовить флаббер или резинку для рук на основе клея ПВА, еще хочу попробовать изготовить съедобную неньютоновскую жидкость на основе сгущённого молока.
Список использованных источников
-
«Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей», авторы:
Дж. Астарита, Дж. Марруччи (Понятие неньютоновской жидкости, применение неньютоновских жидкостей);
-
http://ru.wikipedia.org Неньютоновская жидкость
-
Познаём наномир: простые эксперименты: учебное пособие / В. А. Озерянский, М. Е. Клецкий, О. Н. Буров. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 142 с. : ил., [16] c. цв. вкл.
Приложение А
Изготовление неньютоновской жидкости
Я взял крахмал, насыпал его в миску и стал добавлять в него холодную воду. У меня получилось вещество белого цвета. Когда я размешивал это вещество быстро, то чувствовал сопротивление, а когда медленно, сопротивления не было.
Приложение В
Опыт № 2
Я взял немного вещества в руку и стал катать шарик. Когда я катал его быстро, шарик становился твердым. Как только я останавливался, он растекался по руке.
Опыт № 5
Я медленно опустил в жидкость игрушку. Потом я захотел достать игрушку обратно и резко дернул ее. Игрушка поднялась вверх вместе с миской, так как вещество внезапно стало твердым.
Опыт № 6
Когда я набирал в руку это вещество и выливал с высоты, тонкая струйка мне напомнила змею. Я взял палочку и ударил по струйке. «Змейка» отодвинулась в сторону.
Опыт №7
Я решил перелить часть жидкости в другую емкость для нового эксперимента. Резко перевернул и встряхнул миску. Жидкость затвердела как по команде. Однако через некоторое время вновь стала текучей.
Опыт № 8
Часть вещества я положил в полиэтиленовый пакет и отправил в морозильную камеру. Через некоторое время моя жидкость замерзла, на ней я рассмотрел интересные узоры. В руках она стала крошиться, а затем снова превратилась в жидкость.
Вторую часть – положил в микроволновку. При нагревании в микроволновке неньютоновская жидкость превратилась в пирожок, который чем-то напомнил мне яичницу, где белая и желтая части были похожи на белок и желток яйца.