Неньютоновская жидкость

Муниципальное бюджетноеобщеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №3»

Исследовательская работа

 «Неньютоновская жидкость»

Выполнила: Федорова Полина

Руководитель:

Тухватуллина  Дина Рафиковна

2022 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

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 заинтересовались необычными свойствами таких жидкостей и провели  несколько опытов.

• Цель работы:  показать свойства неньютоновских жидкостей, получить неньютоновскую жидкость:

Задачи:

1. Узнать что такое жидкость
2. Узнать в чем отличие ньютоновской и неньютоновской жидкостей и почему их так назвали
3. Провести опыты с ньютоновской и неньютоновской жидкостью
4. Проверить защитные свойства неньютоновской жидкости
5. Узнать области применения неньютоновских жидкостей.

Актуальность: Жидкости окружают нас повсюду. Это и вода, и продукты питания. Поэтому изучение свойств жидких веществ и расширение знаний о них всегда будет актуально.

Новизна: В нашей школе по этой теме еще никто не выступал.

Практическая значимость:

Перед проведением опытов мы выдвинули гипотезу.

Гипотеза: Неньютоновские жидкости могут служить защитной оболочкой.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Сначала нужно разобраться, что такое жидкость вообще. Жидкость это одно из состояний вещества. Таких состояний три, их еще называют агрегатными, это газ, жидкость и твердое вещество. Так вот 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 можно разделить на ньютоновские и неньютоновские

Разберемся, почему они имеют такие названия. Этим они обязаны английскому ученому Исааку Ньютону.

Сэр Исаак Ньютон — английский физик, математик, механик, и астроном, один из создателей классической физики. Современная наука обязана Ньютону множеством сформулированных законов поведения тел и веществ. В числе прочих он сформулировал закон вязкого трения жидкостей. Согласно этому закону, жидкость будет продолжать обладать текучими свойствами в независимости от того, какие силы действуют на нее.
Соответственно тогда ньютоновская жидкость - это любая жидкость, течение которой происходит согласно закону вязкого трения Ньютона. Если же жидкость не подчиняется этому закону, она считается неньютоновской.

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, вязкость жидкости очень сильно увеличивается, и она начинает вести себя почти 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.

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

В практической части мы  провели несколько опытов

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

Еще мы попробовали лить жидкости тонкой струйкой.  Если бить палочкой по неньютоновской жидкости, то струйка отодвигается палочкой в сторону. Если бить по струйке воды, она разбрызгивается, но льется строго сверху вниз.  Этот опыт показывает действие на жидкости силы тяжести.

С обычной жидкостью, для этого мы взяли обычную воду, ни один опыт у нас не получился.

Проведем еще один опыт, попробуем бить кулаком по воде и неньютоновской жидкости. При ударах по воде она расплескивается, а кулак тонет, практически не встречая сопротивления. При ударах кулаком по неньютоновской жидкости кулак не погружается в жидкость. Но при медленном погружении кулака он погружается как в обычную жидкость.

Еще мы попытались провести опыт с забиванием гвоздя. Для этого мы попытались забить гвоздь в брусок. В чашке с водой, брусок под ударами тут же оказывался под водой, забить гвоздь не получалось. В чашке с неньютоновской жидкостью брусок не тонул, а только немного пружинисто проседал, и гвоздь получилось забить

Этот опыт так же показывает, что неньютоновская жидкость под воздействием сил ведет себя как твердое тело.

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. Попробуем и мы воздействовать на неньютоновскую жидкость звуком. Для этого нам понадобится динамик, пластиковая кювета и неньютоновская жидкость. Нальем немного нашей жидкости в кювету и поставим на динамик. Жидкость под воздействием звуковых волн должна начать танцевать. Простая же вода просто вибрирует. У нас опыт не получился, мы не смогли найти достаточно мощный динамик.

Так как опыты с неньютоновской жидкостью очень популярны, то некоторыми исследовательскими группами проводились опыты с очень большими объемами неньютоновской жидкости. Например, если бассейн наполнить неньютоновской жидкостью, то по ней можно даже бегать, но если остановиться то сразу начнешь тонуть.

Данные эксперименты позволяют нам не только познакомиться с неньютоновскими жидкостями, но и изучить некоторые свойства данных жидкостей, а так же позволяют наглядно продемонстрировать свойства жидкости.

4. ПРИМЕНЕНИЕ  НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Основное применение благодаря своим свойствам неньютоновские жидкости находят в области защиты.

В дальнейшем мы решили проверить: будет ли неньютоновская жидкость являться  хорошим защитным материалом. Проведем несколько опытов.

Проделаем еще один опыт с обычной жидкостью и неньютоновской. Для этого нам понадобятся яйца, прочные пластиковые пакеты, вода и неньютоновская жидкость.

Наполняем пакет водой, опускаем в него яйцо и крепко завязываем. После этого позволим пакету упасть с высоты около метра. Яйцо разбилось. Повторим этот опыт с неньютоновской жидкостью. При падении с высоты 1 метр яйцо не разбилось,  при падении с высоты 2 метров тоже. Этот опыт показывает, что при ударе неньютоновской жидкости о пол, один ее слой становится твердым, следующий становится плотным, а чем дальше от пола тем более жидкий. Яйцо благодаря распределению плотности погасило скорость падения и не разбилось.

Из Интернета мы узнали, что на основе неньютоновской жидкости существуют материалы, обладающие защищающими от удара свойствами. Из них делают средства защиты. Такие как наколенники, налокотники, щитки и т.д. Технология называется D3O (де-три-о).         D3O - это и материал, и бренд, и одновременно молодая британская компания, основанная в 2006 году после успешного применения ее разработок в области защиты от ударов на Олимпиаде. Тогда их разработки были доступны только участникам Олимпиады, прежде всего горнолыжникам. Так же технологии этой компании используется в изделиях многих компаний.

Компания Tech21 анонсировала инновационный материал для чехлов смартфонов и планшетов под названием D3O Impact Material. Это пластичный состав предлагает высочайший уровень защиты для мобильной электроники. Их будут использовать для защиты очень популярных на сегодня iPod и iPhone

Компания Tech21, производящая защитные средства использует рекламный ролик в котором демонстрирует защитные свойства неньютоновской жидкости следующим образом. Небольшой объем достаточно густой неньютоновской жидкости обволакивает палец, по которому производят несколько ударов. Затем демонстрируют невредимый палец, тем самым, доказывая защитные свойства своего материала.

Хендгам – жвачка для рук.  Это хороший способ снятия стресса и разминки кисти.Это жвачка для рук и очень необычный полимер: твердый и жидкий одновременно. Пластичная масса, приятно мять и растягивать. Хендгам пахнет, рвется, магнитится, успокаивает, светится в темноте, меняет цвет, прыгает,тянется,капает.

В длительных промежутках времени хендгам ведет себя подобно жидкости, он медленно стекает, капает и растекается по поверхности. Если сделать шарик и положить на стол, то через некоторое время шарик станет лужицей. При быстром воздействии handgum - это твердое тело - шарик, кинутый об пол подпрыгнет, как каучук. Настоящий прыгающий пластилин. Хендгам можно разорвать резким движением или даже забить им гвоздь! Жвачка для рук хендгам обладает свойствами неньютоновской жидкости. В России появился в 2008 году.

Лизун давно завоевал популярность у детишек разного возраста по всему миру. Он был впервые выпущен в 1976 году в США. Сейчас же эту интересную и оригинальную игрушку можно приобрести во многих магазинах детских товаров. Дети 90-х и дети 2000-х прекрасно знают такую забавную игрушку, как слайм, правда, в России она известна совсем под другим именем. На постсоветском пространстве слайм известен как «лизун» — в честь смешного приведения, персонажа мультсериала «Охотники за привидениями». В этом мультике Лизун состоял из зелёной пластичной «эктоплазмы» и смешно липнул к людям и разным поверхностям.
Сейчас в продаже есть «лизуны» самых разных расцветок. Чем хорош «лизун»? Он липнет к любой поверхности и, отлипая, не оставляет следов. Поэтому пластичного «лизуна» можно подбрасывать к потолку или кинуть его в стену без риска испортить обои. «Лизуна» приятно мять в руках, он нравится и взрослым, и детям. И, конечно, чтобы обзавестись такой игрушкой, необязательно отправляться в магазин: «лизуна» легко изготовить в домашних условиях, и взрослые могут сделать это вместе с детьми!

В мире как ни странно очень популярны данные жидкости.

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.

Есть еще один интересный способ применения. Как известно, в России дороги, а точнее их ужасное состояние – одна из главных и нерешаемых проблем на протяжении всей истории нашего государства. Однако, группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предложила нетривиальное решение этой проблемы. Они предлагают латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Он, впрочем, оказался чуть дороже обычного асфальта, применяемого сегодня для латания дорог: ведь водонепроницаемые мешки должны иметь очень прочную оболочку, оттого в её составе используются нити кевлара и силикона. Но чтобы уложить асфальт, нужна специальная техника и относительно квалифицированная рабсила, не говоря уже о затратах времени и энергии на предварительный разогрев покрытия (да и зимой такой метод малоэффективен).

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.

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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

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. Опыты по выявлению защитных свойств неньютоновской жидкости полностью подтвердили нашу гипотезу.

У неньютоновской жидкости богатый потенциал, и мы надеемся, что она найдет еще больше применения в нашей жизни.

Наша работа по исследованию неньтоновской жидкости не завершена, мы продолжим свои наблюдения и исследования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)

2. А.В.Перышкин Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2008 г.

3. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU

4. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=I-SLLQK6tI0

5. Видеоресурсы http://www.nanonewsnet.ru/articles/2012/problemu-rossiskikh-dorog-kazhetsya-mogut-reshit-amerikantsy-s-pomoshchyu-nenyutonovsk

6. Зарембо Л.К., Болотовский Б.М., Стаханов И.П. и др. Школьникам о современной физике. Просвещение,2006г.
7. Кабардин О.Ф., Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988

Интернет- ресурсы      http://www.google.ru,  http://nglib.ru, http://ngpedia.ru