Биология 

Приготвяме ненютонова течност и се запознаваме с нейните необичайни свойства. Какво е ненютонова течност? Примери и експерименти Нютонова течност в колело

Здравейте!

Позволете ми да ви представя младия експерт Стас. Той много обича да експериментира, да научава всичко ново в домашната си лаборатория.

Днес, специално за читателите на Entertaining Science, той ще разкаже за свойствата на ненютоновите течности. Моля, обичайте и уважавайте. Думата се дава на Стас.

Течността се намира навсякъде по света около нас. Свойствата на течностите са познати на всички и всеки, който взаимодейства с тях, в една или друга степен, може да предвиди как ще се държи всяка течност в конкретна ситуация.

Течностите, чиито свойства сме свикнали да наблюдаваме при ежедневна употреба, се подчиняват на закона на Нютон, се наричат Нютонов.

Нютонова течност, вискозна течност, течност, която се подчинява на закона на Нютон за вискозно триене в своя поток .

Още в края на 17-ти век великият физик Нютон забелязал, че е много по-трудно да гребеш греблата бързо, отколкото ако го правиш бавно. И тогава той формулира закон, според който вискозитетът на течността се увеличава пропорционално на силата на действие върху нея.

не се поддават на законите на обикновените течности, тези течности променят своята плътност и вискозитет, когато са изложени на физическа сила, и то не само чрез механично действие, но дори звукови вълни... Колкото по-силен е ефектът върху обикновена течност, толкова по-бързо ще тече и ще промени формата си. Ако действаме върху ненютонова течност чрез механични усилия, ще получим съвсем различен ефект, течността ще започне да придобива свойствата твърди веществаи се държат като твърдо вещество, връзката между молекулите на течността ще се увеличава с увеличаването на силата на удара върху нея. Вискозитетът на ненютонови течности се увеличава с намаляване на скоростта на флуида. Обикновено такива течности са силно хетерогенни и се състоят от големи молекули, които образуват сложни пространствени структури.

Посещение на научно-популярната изложба Touch Science, където един от експериментите беше посветен на ненютонови течности, ме накара да изуча тази интересна тема. Експериментът ми направи голямо впечатление и исках да науча повече за удивителните свойства на течностите, които противоречат на законите на физиката.

Вкъщи успях не само да повторя видяното, но и да проуча по-подробно това явление, направете много допълнителни експерименти и измислете свои собствени начини за използване на тази течност.

Един от експериментите, които направих, е с нишестена вода.

Твърда течност.

Взех равни части нишесте и вода, разбърках до хомогенно вискозно състояние. След това получих смес, подобна на заквасена сметана.

Но разликата между тази смес и обикновената течност е, че тя може да бъде едновременно твърда и течна. При плавно въздействие сместа е течна и ако я вземете в ръка и я стиснете със сила, можете да направите бучка от нея, "снежна топка", която веднага ще се "стопи".


заключение:Ако тази течност се повлияе със сила, тогава тя придобива свойствата на твърдо вещество.

Можете дори да бягате с тази течност, но ако забавите действието, тогава човекът веднага се потапя в течността.

Свойствата на тази течност скоро се планира да бъдат използвани за временен ремонт на пътни ями.

Какво се случва с ненютонови течности?

Частиците нишесте набъбват във вода и контактите се образуват под формата на произволно преплетени молекули.

Тези силни връзки се наричат ​​мрежи. При рязък удар силните връзки пречат на молекулите да се движат и системата реагира на външно въздействие като еластична пружина. При бавен удар зъбните колела имат време да се разтегнат и разплетат. Мрежата се счупва и молекулите се разпръскват.

Млади учени, скъпи родители, скъпи баби и дядовци. Днес Стас ви показа и разказа за необичайна течност, която има невероятни свойства и може да се нарече „твърда течност“. Хареса ли ти? След това отидете в секцията "Експерименти". Там ще намерите преживявания, трикове и експерименти по ваш вкус. Тези, които можете да направите у дома и да изненадате всички. А за вас и вашите деца имаме нов раздел „ПочеМук“. В него отговаряме на най-интересните коварни и трудни научни въпроси- пишете ни.

Очаквам с нетърпение коментари и снимки на експерименти!

Вашият Стас

Ела в моята лаборатория!

Нютонова течностТова е специална, изключително неразбираема и удивителна субстанция. Мистерията на такава течност се крие във факта, че при силно влияние тя се съпротивлява като твърдо вещество, в същото време, когато е бавна, придобива течни свойства.

Като цяло би било правилно да се нарече такава течност ненютонов, тъй като, за разлика от хомогенния нютонов, той има нехомогенна структура и се състои от големи молекули.

И така, нютонов флуид: как да направим интересно забавление от него?

  1. За да видите невероятните свойства на Нютоновата течност, вие трябва смесете нишесте (250 г.) и вода (100 г.)в дълбока чиния;
  2. Необходимо е да се смесят съставките, докато се образува хомогенна маса.
  3. След това можете да опитате да разточите малка топка от получената течност. В този случай, ако търкаляте топката много бързо, тогава тя ще бъде по-твърда и по-силна. Ако спрете да търкаляте такава топка, тя ще се разпространи върху ръката ви.
  4. Ако леко потопите пръста си в нютоновия флуид, той ще влезе вътре в него без съпротива, но ако го ударите рязко с юмрук по повърхността му, тогава той ще срещне твърд отпор.
  5. Ако такава смес се изсипе върху тава и се постави върху високоговорител, от който се възпроизвежда силна музика, тогава това ще помогне на повърхността на масата да започне да се движи неравномерно, сякаш танцува. Ако към него добавите хранителни оцветители с различни цветове, можете да видите танца на цветни тръби под формата на червеи.

Освен всичко друго, за деца можете да направите интересен многоцветен интелигентен пластилин... За да направите това, трябва да вземете:

  1. PVA лепило;
  2. Хранителни оцветители в различни цветове;
  3. Натриев тетрабарат.

Подготовка:

  • Изсипете PVA лепило (100 грама) в дълбока купа;
  • След това трябва да добавите хранителни оцветители и да смесите всичко;
  • След това трябва да добавите натриев тетрабарат и да разбъркате до гъста хомогенна маса.

За радост на децата можете да приготвите и шарена гумена слуз,който има свойствата на нютонова течност.

Това изисква:

  1. PVA лепило - ¼ стъкло;
  2. Вода - ¼ чаша;
  3. Хранителни оцветители;
  4. Течно нишесте - 1/3 чаша

Подготовка:

  1. Изсипете течно нишесте в малка торбичка;
  2. След това изсипете малко боя там;
  3. След това трябва да добавите PVA лепило;
  4. Разбъркайте добре и извадете готовата слуз от торбата.

Сега знаем как да направим нютонова течност и да създадем различни чудеса от нея.

Какво представляват ненютонови течности? Примери със сигурност могат да се намерят дори във вашия хладилник, но най-очевидният пример за научно чудо се счита за течен и твърд едновременно благодарение на суспендирани (суспендирани) частици.

Относно вискозитета

Сър твърди, че вискозитетът, или съпротивлението на флуида да тече, зависи от температурата. Така например водата може да се превърне в лед и обратно точно под въздействието на нагревателни или охлаждащи елементи. Въпреки това, някои вещества, които съществуват в света, променят вискозитета си поради използването на сила, а не поради промяна на температурата. Интересното е, че вездесъщият доматен сос, който става по-тънък при продължително бъркане, се нарежда сред ненютоновите течности. Сметаната, от друга страна, се сгъстява при разбиване. Тези вещества не се интересуват от температурата - вискозитетът на ненютоновите течности се променя поради физическо въздействие.

Експериментирайте

За тези, които се интересуват от приложна наука или просто искат да удивят своите гости и приятели с невероятно прост и в същото време невероятно увлекателен научен експеримент, е създадена специална рецепта за разтвор на колоидно нишесте. Истинска ненютонова течност, направена със собствените си ръце от буквално две обикновени кулинарни съставки, ще удиви както учениците, така и студентите със своята консистенция. Всичко, от което се нуждаете, е нишесте и чиста вода, а крайният резултат е уникално вещество, което е едновременно течност и твърдо вещество.

Рецепта

  • Поставете около една четвърт от торбичката царевично нишесте в чиста купа и бавно добавете около половин чаша вода. Влезте в пътя. Понякога е по-удобно да приготвите разтвор на колоидно нишесте директно на ръка.
  • Продължете да добавяте нишесте и вода на малки порции, докато получите консистенция като мед. Това е бъдещата ненютонова течност. Как можете да го направите хомогенен, ако всички опити за дори разбъркване завършват с неуспех? Не се безпокой; просто отделете малко време за процеса. В резултат на това вероятно ще използвате една до две чаши вода за един пакет царевично нишесте. Моля, имайте предвид, че веществото става по-плътно, когато добавяте все повече и повече прах към него.
  • Изсипете полученото вещество в тиган или съд за печене. Погледнете по-отблизо необичайната му консистенция, докато "твърдата" течност се излива. Разбъркайте веществото в кръг с показалеца си – отначало бавно, след това все по-бързо и по-бързо, докато получите невероятна ненютонова течност.

Експерименти

Както с цел научно познание, така и просто за забавление, можете да опитате следните експерименти:

  • Прокарайте пръста си по повърхността на получения съсирек. Забелязахте ли нещо?
  • Потопете цялата си ръка в мистериозната субстанция и се опитайте да я стиснете с пръсти и да я издърпате от съда.
  • Опитайте да търкаляте веществото в дланите си, за да оформите топка.
  • Можете дори да ударите съсирека с дланта си с всичка сила. Присъстващите зрители вероятно ще се разпръснат настрани, очаквайки обаче да бъдат напръскани с разтвор на нишесте необичайно веществоще остане в контейнера. (Ако, разбира се, не сте съжалявали за нишестето.)
  • Зрелищен експеримент предлагат видеоблогърите. За него ще ви трябва музикален високоговорител, който трябва да бъде внимателно покрит с плътно хранително фолио на няколко слоя. Изсипете разтвора върху лента и пуснете музиката с висока сила на звука. Ще можете да наблюдавате зашеметяващите визуални ефекти, възможни само с използването на тази уникална композиция.

Ако провеждате експеримент в лаборатория пред ученици или студенти, попитайте ги защо не-нютонова течност се държи по този начин. По каква причина изглежда твърда, когато е стисната в ръката ви, но се стича като сироп, когато отпуснете пръстите си? В края на дискусията можете да увиете съсирека в голяма найлонова торбичка с цип, за да го съхранявате до следващия път. Ще ви бъде полезно да демонстрирате свойствата на суспензията.

Мистерията на субстанцията

Защо разтворът на колоидно нишесте се държи като твърдо вещество в някои случаи и като течност в други? Всъщност вие сте създали истинска ненютонова течност - вещество, което отхвърля закона за вискозитета.

Нютон вярвал, че вискозитетът на веществото се променя само поради повишаване или намаляване на температурата. Например, моторното масло тече лесно при нагряване и става по-плътно при охлаждане. Строго погледнато, ненютоновите флуиди също се подчиняват на този физически закон, но техният вискозитет също може да бъде променен чрез прилагане на сила или натиск. Когато стиснете колоиден съсирек в ръката си, неговата плътност се увеличава значително и (дори временно) изглежда се превръща в твърдо вещество. Когато отворите юмрука си, колоидният разтвор тече като нормална течност.

Какво да имате предвид

Иронията е, че е невъзможно да се смесва нишестето с вода завинаги, тъй като в резултат на експеримента получавате не хомогенно вещество, а суспензия. С течение на времето частиците от праха ще се отлепят от водните молекули и ще се съберат в твърда бучка на дъното на найлоновия ви плик. Именно поради тази причина такава ненютонова течност моментално запушва канализационните тръби, ако просто я вземете и излеете в мивката. Никога не го изливайте в канализацията – по-добре го опаковайте в торба и просто го хвърлете в улея за боклук.

Внимание! Сайтът за администрация на сайта не носи отговорност за съдържанието методически разработки, както и за съответствие с разработването на Федералния държавен образователен стандарт.

  • Участник: Верхоламова Мария Денисовна
  • Ръководител: Андреева Юлия Вячеславовна
Целта на работата е да се открият характеристиките и някои свойства на ненютоновите течности и възможността за тяхното използване при ремонт на магистрали.

Въведение

Тази работа е посветена на необичайни течности, тези, които не се изучават училищни курсовефизика и химия, но които имат удивителни свойства и са много интересни за изучаване: при ниски натоварвания те са меки, течни и еластични, а при големи натоварвания стават твърди и много еластични. Тези течности се наричат ​​ненютонови.

Първите трудове върху свойствата на ненютоновите течности се появяват през 50-те години на миналия век и са свързани с развитието на биомеханиката, биониката, биохидродинамиката и хранително-вкусовата промишленост. Широкото използване на полимерни и нанопрахови добавки в редица приложни проблеми в хидродинамиката сега отново събуди интереса към ненютонови течности.

Най-известните примери за такива течности са: плаващ пясък и добре познатите от руските приказки млечни реки - желирани банки. Пясъкът е опасен, защото може да изсмуче всичко, което попадне в него. Застанете на такъв пясък - и ще започнете да се давите в него, но ако бързо ударите плаващия пясък, той веднага ще се втвърди. (Фигура 5)

Ориз. 5. Пъстър пясък

Свойствата на ненютоновите флуиди се изучават от науката реология (от гръцки rheos - поток, поток и logos - дума, учение), науката, която изучава деформационните свойства на реалните тела, науката за деформациите и течливостта на материята . Реологията разглежда механичните напрежения, действащи върху тялото, и деформациите, които те причиняват. Терминът "реология" е въведен от американския химик Юджийн Бингам. Официално терминът "реология" е приет на 3-тия симпозиум по пластичност (1929 г., САЩ), но някои положения на реологията са установени много преди това.

Реологията е тясно преплетена с механиката на флуидите, теориите за еластичността, пластичността и пълзенето. Реологията се основава на законите на Исак Нютон за съпротивление срещу движението на вискозен флуид, уравненията на Навие - Стокс за движението на несвиваема вискозна течност, работата на Дж. Максуел, У. Томсън и др. Значителен принос имат Руски учени: Д. И. Менделеев, Н. П. Петров, Ф. Н. Шведов и съветски учени П. А. Ребиндер, М. П. Воларович, Г. В. Виноградов и др.

Проблеми с реологията трябва да се срещнат в технологиите при разработването на технология за различни производствени процеси, при проектирането и проектните изчисления, свързани с голямо разнообразие от материали: метали (особено когато високи температури), композитни материали, полимерни системи (стопки, разтвори, композитни материали, каучук), нефтопродукти, глини и други почви, скали, строителни материали (бетон, битум, силикати и др.), дисперсни системи (пяни, емулсии, суспензии, прахове, пасти) храна и др. Подразделението реология - биореология изучава механичните свойства на биологичните течности (кръв, синовиални, плеврални течности) и деформационните свойства на мускулите, кръвоносните съдове при хора и животни.

Следователно от практическа гледна точка изследванията в тази област са актуални и абсолютно необходими. От чисто научна гледна точка изследването на ненютонови флуиди също е много интересно и актуално, тъй като дори при прости потоци те могат да проявяват поведение, което е качествено различно от поведението на обикновена нютонова течност.

Проблемният въпрос, поставен от автора на творбата: може ли кола да се движи и човек да ходи по повърхността на каквато и да е течност?

Изследователска хипотеза: има течности, по повърхността на които човек може да ходи, да кара кола, но това са течности със специални свойства, свойствата на тези течности се различават от тези на например водата.

Обективен- да разберете характеристиките и някои свойства на ненютоновите течности и възможността за тяхното използване при ремонт на пътища.

Цели на изследването:

  1. Намерете дефиниции и описания на ненютонови флуиди в източници на информация.
  2. Направете проучване сред ученици от старша възраст и възрастни за осведоменост за ненютонови течности.
  3. Опишете свойствата на ненютоновите течности и техните разлики от нютоновите течности.
  4. Разберете класификацията на ненютонови течности.
  5. Намерете и изработете ненютонови течни рецепти.
  6. Извършете експериментално изследване на някои от свойствата на ненютонови течности със снимки.
  7. Разберете възможностите за краткосрочна употреба на ненютонови течности при ремонт на пътища

Изследователски методи:

  1. Теоретично изследване с помощта на съответната литература и интернет ресурси.
  2. Сравнителен анализ на механичните свойства на нютонови и ненютонови течности.
  3. Експериментални изследвания на свойствата на ненютонови течности: воден разтвор на скорбяла, хендгам („умен пластилин“) и др.
  4. Визуални наблюдения, последвани от снимки.
  5. Разпитване.

УместностРаботата се състои във факта, че изследванията върху свойствата на ненютонова течност се извършват незначително и вещество, съдържащо свойствата както на течност, така и на твърдо вещество, може да се използва в много области на живота - и в основната - решаване на пътни проблеми.

Част 1

1.1. Характеристики на течното състояние

Течното състояние обикновено се счита за междинно между твърдо вещество и газ: газът не запазва нито обем, нито форма, докато твърдото тяло запазва и двете.

Течността е състояние на вещество, при което то може да променя формата си за неопределено време при механично въздействие отвън, дори много малко, като на практика запазва обема си. Течността няма толкова силна вътрешна връзка между частиците като твърдо тяло, за да устои на действието на външни сили (например гравитация), следователно същата гравитация не размазва стоманен нож върху маса, а притиска вода в чаша , принуждавайки я да приеме неговата форма. Това свойство на течностите се нарича течливост.

Друго важно свойство на течностите, което ги прави подобни на газовете, е вискозитетът. Определя се като способност да се противопоставя на движението на една част от течността спрямо друга.

Когато съседните слоеве от частици (молекули), които съставляват течност, се движат един спрямо друг, неизбежно възниква сблъсък на частици и възникват сили, които забавят тяхното подредено движение. При което кинетична енергияподреденото движение на частиците се превръща в топлина - отделя се топлина, което е подобно на резултата от действието на силите на сухо триене при нагряване на триещите се повърхности. Следователно вискозитетът също се нарича, по аналогия с твърдите тела, също и силите на вискозното триене.

Видимостта на действието на силите на вискозно триене е лесно да се види, като се разбърква, например, вода в тенджера. Разбърквайки с лъжица по кръг с малък радиус, в центъра на тигана, забелязваме, че отначало се върти само центъра на водната леща, а след това, постепенно, все повече и повече външни слоеве течност започват да участват в въртене – и те участват поради триенето на слоевете водни молекули един срещу друг.приятелю. Колкото по-висок е вискозитетът на течността, която се разбърква, толкова повече сили трябва да бъдат приложени към лъжицата и толкова по-лесно външните слоеве се включват в движението.

Всички течности имат вискозитет (с изключение на свръхтечната фракция на течния хелий) и той е различен за всички. Втечнените газове са много течни, течностите с стайна температурасъщо не е много вискозен. Най-висок вискозитет притежават сложните течни системи - гелове, емулсии или суспензии, включително течности с изключително висок вискозитет - стъкла и аморфни твърди вещества. Вискозитетът на стъклата е толкова висок, че при механично въздействие върху стъклото то по-скоро ще има счупена структура, отколкото да измести слоевете на молекулите си един спрямо друг – и да се спука, вместо да тече. В същото време, ако погледнете, например, старо стъкло за прозорец, което вече е на няколко (поне пет) десетилетия, ще забележите, че стъкленият лист има неравна дебелина отгоре и отдолу. Това предполага, че стъклото все още тече, но чудовищно бавно.

Всички вискозни течности се подразделят на нютонови и ненютонови.

1.2. Нютонови и ненютонови течности

Ако в движеща се течност вискозитетът й зависи само от нейната природа и температура и не зависи от градиента на скоростта (градиентът е посоката на най-бързото нарастване на определена стойност, в в такъв случайскорост), тогава такива течности се наричат ​​нютонови. Реалните течности могат да бъдат нютонови и ненютонови. При нютонови течности, когато един слой течност се движи спрямо друг, големината на напрежението на срязване е пропорционална на скоростта на срязване. При относителен покой тези напрежения са нула.

Този модел е установен от Нютон през 1686 г., поради което тези течности (вода, масло, бензин, керосин, глицерин и др.) се наричат ​​Нютонови течности. Ненютоновите течности нямат голяма подвижност и се различават от нютоновите течности по наличието на напрежения на срязване (вътрешно триене) в покой.

Повечето течности, с които сме свикнали да работим, са нютонови: вода, водни разтвори, петролни продукти, ацетон и др. При ламинарен поток на срязващ флуид между две плоскопаралелни плочи, горната от които се движи с постоянна скорост vна сила Ф, а долният е неподвижен, флуидните слоеве се движат с различна скорост - от максималната при горната плоча до нула при долната.Потокът на нютоновите флуиди се подчинява на уравнението на Нютон-Петров, тоест тангенциалното напрежение и градиент на скоростта са линейно зависими, а коефициентът на пропорционалност η между тези количества е известен като вискозитет:

τ = F / S,

където τ е напрежението на срязване (напрежение на триене); Ф- силата на вътрешно триене; С- повърхността на контактните слоеве на течността.

Когато течността е нехомогенна, например, тя се състои от големи молекули, които образуват сложни пространствени структури, тогава по време на нейния поток вискозитетът зависи от градиента на скоростта. Такива течности се наричат ​​ненютонови. В SI вискозитетът η се изразява в Pa · s. За газове η обикновено е от 1 до 100 μPa · s, за вода при 20 ° C 1 mPa · s, за повечето нискомолекулни течности до 10 Pa

Ненютонови течности се противопоставят на законите на обикновените течности. Тези течности променят своята плътност и вискозитет, когато са изложени на физическа сила, и то не само чрез механично действие, но дори и от звукови вълни.

Ако действате механично върху обикновена течност, тогава колкото по-голямо е въздействието върху нея, толкова по-голямо е изместването между равнините на течността, с други думи, колкото по-силен е ефектът върху течността, толкова по-бързо ще тече и ще промени формата си.

Ако действаме върху ненютонова течност чрез механични сили, ще получим съвсем различен ефект, течността ще започне да придобива свойствата на твърдите тела и ще се държи като твърдо вещество, връзката между молекулите на течността ще се увеличи с увеличаване на силата на действие върху него, в резултат на това ще се сблъскаме с физическата трудност при изместването на слоевете на такива течности. Вискозитетът на ненютонови течности се увеличава с намаляване на скоростта на флуида.

Например, воден разтворнишестето се държи различно в зависимост от експозицията.

Ако върху него се въздейства рязко, силно, бързо, той проявява свойства, близки до тези на твърдите вещества (фиг. 1), а при бавно действие се превръща в течност, тече (фиг. 2).


Ориз. 1. Бързо действие върху нишестето


Ориз. 2. Бавно действие върху нишестето

1.3. Класификация на ненютонови течности

Добре познатите класификации на ненютонови течности се основават на емпирични уравнения, свързващи вискозитета и скоростта на деформация. Тези уравнения се използват за изграждане на криви на флуидния поток (фиг. 3)


Ориз. 3 криви на потока на течности:
1 - нелинеен вископластичен, 2 - вископластичен, 3 - псевдопластичен, 4 - нютонов, 5 - дилататен

Съгласно уравнението на Нютон-Петров, кривата на потока на нютонови течности, тоест графиката на зависимостта на напрежението на срязване от градиента на скоростта, е права линия, излизаща от началото (линия № 4 на фигура 3 ). Наклонът на тази права линия е пропорционален на вискозитета на нютоновата течност.

Ненютонови или аномални се наричат ​​течности, чийто поток не се подчинява на закона на Нютон; за тях напреженията на срязване се изразяват с по-сложни зависимости от уравнението на Нютон-Петров. Има много такива, ненормални от гледна точка на хидравликата, течности. Те се използват широко в петролната, химическата, рафиниращата и други индустрии.

Ненютоновите течности се класифицират в три основни групи:

  • ненютонови вискозни течности;
  • ненютонови неустойчиви течности;
  • ненютонови вискоеластични течности.

Първата група включва вискозни (или неподвижни) ненютонови течности, чиито характеристики не зависят от времето. По вида на кривите на потока се разграничават следните флуиди от тази група: Bingham (или вископластични), псевдопластични и дилатантни.

Бингам или вископластични (крива 2) течности започват да текат само след прилагане на напрежение, което надвишава точката на провлачване. В този случай структурата на пластмасовата течност се разрушава и тя се държи като нютонова. Течностите Bingham включват плътни суспензии (различни пасти и утайки, маслени бои и др.).

Псевдопластичните флуиди (крива 3) са най-разпространени в разглежданата група ненютонови флуиди. Те включват разтвори на полимери, целулоза и суспензии с асиметрична структура на частиците и др.

Псевдопластичните течности, като нютоновите, започват да текат при най-малките стойности на τ (напрежение на триене).

Дилатантните течности (крива 5) съдържат течна фаза в количество, което прави възможно запълването в състояние на покой или при много бавен поток от празнини между частиците на твърдата фаза. С увеличаване на скоростта частиците на твърдата фаза се движат една спрямо друга по-бързо, силите на триене между частиците се увеличават, докато привидният вискозитет се увеличава. Дилатантните течности включват суспензии от нишесте, калиев силикат, различни лепила и др.

Нелинейните вископластични течности (крива 1) започват да се движат веднага щом напрежението на срязване надвиши статичното напрежение. Освен това, с увеличаване на градиента на скоростта, напрежението на триене във флуида нараства нелинейно до стойността, при която завършва разрушаването на структурата. След това поведението на флуида не се различава от Нютоновото. Тази група течности включва кръвта.

Втората група невъзстановими течности включва ненютонови течности, чиито характеристики зависят от времето. Тези течности се подразделят на тиксотропни (чийто привиден вискозитет намалява с времето) и реопектични (чийто привиден вискозитет се увеличава с времето).

Тиксотропните течности включват много оцветители, някои хранителни продукти (подсирено мляко, кефир, сос от кетчуп, разтвори на желатин, майонеза, горчица, мед), сапунен крем за бръснене и др., чийто вискозитет намалява при разклащане.

Суспензиите на бентонитни глини и някои колоидни разтвори могат да бъдат отнесени към реопектични течности.

Третата група включва вискоеластични или максуелски течности. Привидният вискозитет на тези течности намалява под въздействието на напрежения, след отстраняването на които течностите частично възвръщат формата си. Този тип течности включва някои смоли и пасти с пастообразна консистенция.

1.4. Приложение на ненютонови течности

Във военното производство

Тези течности са много популярни в света. В Съединените щати, на базата на тези течности, Министерството на отбраната започна да произвежда бронежилетки за военните (Приложение. Фиг. 4). Тези бронежилетки са по-добри от обикновените по отношение на техните характеристики, тъй като са по-леки и по-лесни за производство. Материалът, от който се изработва бронежилетката, се нарича d3o. Материалът d3o, разработен от едноименната американска компания, принадлежи към дилатантни ненютонови течности. Всъщност d3o се държи като добре охладен карамел, само че е още по-чувствителен към стрес.


Ориз. 4 Бронежилетки от d3o

Ако натиснете d3o внимателно, тоест с леко увеличаване на силата на натискане, той е еластичен, като латекс, можете да търкаляте топки и колбаси от него, като от пластилин. Въпреки това, при рязко увеличаване на градиента на скоростта на деформация, не е възможно да се компенсира триенето между частиците и съответно да се осигури тяхното отклонение една спрямо друга, в резултат на което се образува моментална твърда структура в d3o , поради вече обикновеното сухо триене между частиците - именно това осигурява рязка промяна на вискозитета, привидно втвърдяване на материала. Веднага след като се премахне такова рязко натоварване, d3o ще се отпусне и отново ще бъде мек и еластичен.

Последно този моментуспешният проект "течна броня" е създаден от британския клон на BAE Systems. Съставът им Shear Thickening Liquid (работно наименование bulletproof cream) се появи през 2010 г. и се планира да се използва не самостоятелно, а в комбинация с листове от кевлар. По очевидни причини BAE Systems не разкрива състава на тяхната ненютонова течност за бронежилетки, но познавайки физиката, могат да се направят определени изводи. Най-вероятно това е воден разтвор на някакво вещество (вещества), което има най-подходящите вискозни характеристики за силни удари. В проекта Shear Thickening Liquid най-накрая се стигна до създаването на пълноценна броня, макар и опитна. Със същата дебелина като 30-слойната жилетка от кевлар, "течната" жилетка има три пъти по-малко слоеве от синтетичен плат и половината от теглото. По отношение на защитата STL Gel Liquid Body Armor има почти същите защитни характеристики като 30-слойния кевлар. Разликата в броя на листовете плат се компенсира от специални полимерни торбички с ненютонов гел. Още през 2010 г. започнаха тестове на готов прототип на бронежилетка на основата на гел. За целта бяха изстреляни експериментални и контролни проби. 9-мм куршуми от патрона 9x19 mm Luger бяха изстреляни от специално пневматично оръдие с начална скорост от около 300 m / s, което донякъде е подобно на повечето видове огнестрелни оръжия, предназначени за този патрон. Защитните характеристики на експерименталната и контролната бронежилетка бяха приблизително еднакви.

В автомобилната индустрия

Ненютонови течности се използват и в автомобилната индустрия. Синтетичните моторни масла на базата на ненютонови течности намаляват вискозитета си няколко десетки пъти, с увеличаване на оборотите на двигателя, като същевременно намаляват триенето в двигателите.

Магнитни фино диспергирани ненютонови течности, друг представител на това чудо на природата. Те се състоят от фини кристали магнетит, суспендирани в синтетично масло, когато са изложени на такава течност магнитно поле, течността увеличава плътността си 100 пъти, но все пак остава гъвкава. Тези течности се използват в най-новите технологииза амортизация на определени елементи от транспортни съоръжения или механични машини.

Реологичните изследвания дават възможност за решаване на приложни хидродинамични проблеми - транспортиране на ненютонови течности по тръбопроводи, поток от полимери, хранителни продукти, строителни материалив технологично оборудване, движение на сондажни течности в пластове и др.

Използването на силно диспергирани адсорбенти, например диатомити, с адсорбирани на повърхността им вещества, които могат да образуват водородни връзки с адсорбенти (алкохоли, по-високи мастна киселина, амини). Суспензиите се използват като работна течност в хидравлични системи, под формата на тънки филми в спирачни и други устройства, вкл. в скоростни кутии, генератори на торсионни вибрации и др.

В петролната индустрия

Използването на специфични реологични ефекти също е от практически интерес. И така, малките полимерни добавки към вода и нефтопродукти придават на флуида нови реологични свойства, поради което хидравличното съпротивление при турбулентен поток рязко намалява (ефект на Томс).

Ненютоновите течности имат редица характеристики. Например, те имат памет. Въпросът е, че времето, характерно за пренареждането на дълги молекули, може да надвиши времето за наблюдение на потока на течност. Потокът няма време за възстановяване, има ефект на забавяне, което означава ефект на паметта. Удивителни свойства на ненютонови течности. Движейки се в тръбата, течността изпитва сила на триене срещу нейната повърхност, в резултат на което кинетичната енергия се превръща в топлинна енергия. Следователно намаляването на силата на триене е важен технически проблем. Както се оказа, добавянето на малко количество полимер към течността значително намалява силата на триене. Този ефект се използва при изпомпване на петрол през дълги тръбопроводи.

Във ветроходство и пожарогасене

Само 20 ppm полиокс (полимер с дълга верига) може да намали силата на триене на турбулентния поток в тръба с 50%! През 50-те години американските пожарникари започнаха да добавят полимерни добавки към течността, изтичаща от маркуча, докато дължината на струята се увеличи с един и половина пъти. Полимерните добавки в смазочните материали увеличават ресурса на машинните инструменти и устройства. Възможно е да се увеличи скоростта на съда чрез инжектиране на малки количества полимерен разтвор в близост до носа му. Съществува хипотеза, че делфините и други обитатели на моретата и океаните също „използват“ ефекта на Томс за намаляване на хидродинамичното съпротивление.

В козметологията

За да прилепне козметиката към кожата, тя се прави вискозна, било то течна основа, гланц за устни, очна линия, спирала, лосиони или лак за нокти. Вискозитетът за всеки продукт се избира индивидуално, в зависимост от целта, за която е предназначен. Гланцът за устни например трябва да е достатъчно вискозен, за да остане на устните дълго време, но не и прекалено вискозен, в противен случай тези, които го използват, ще усетят неприятно нещо лепкаво на устните си. Масовото производство на козметика използва специални вещества, наречени модификатори на вискозитета. В домашната козметика за едни и същи цели се използват различни масла и восъци.

При душ геловете вискозитетът се регулира така, че да останат върху тялото достатъчно дълго, за да отмият мръсотията, но не по-дълго от необходимото, в противен случай човекът отново ще се почувства мръсен. Обикновено вискозитетът на готовия козметичен продуктизкуствено се променя чрез добавяне на модификатори на вискозитета.

Най-висок вискозитет се открива в мехлемите. Вискозитетът на кремовете е по-нисък, а лосионите са по-малко вискозни. Благодарение на това лосионите лежат върху кожата на по-тънък слой от мехлемите и кремовете и имат освежаващ ефект върху кожата. В сравнение с по-вискозната козметика, те са приятни за използване дори през лятото, въпреки че трябва да се втриват по-силно и по-често трябва да се нанасят отново, тъй като не се задържат дълго върху кожата. Кремовете и мехлемите остават върху кожата по-дълго от лосионите и я овлажняват повече. Те са особено полезни през зимата, когато има по-малко влага във въздуха. В студено време, когато кожата изсъхва и се напуква, много помагат продукти като олиото за тяло например – това е нещо средно между мехлем и крем. Мехлемите се абсорбират много по-дълго и след тях кожата остава мазна, но остават на тялото много по-дълго. Поради това те често се използват в медицината.

Дали купувачът е харесал вискозитета на даден козметичен продукт често зависи от това дали ще избере този продукт в бъдеще. Ето защо производителите на козметика полагат много усилия, за да получат оптималния вискозитет, който повечето клиенти трябва да харесат. Един и същ производител често прави продукт за една и съща цел, като душ гел, с различни вкусове и вискозитети, за да даде на клиентите избор. По време на производството рецептата се спазва стриктно, за да отговаря на стандартите за вискозитет

В готвенето

За да се подобри представянето на ястията, да се направи храната по-апетитна и да се яде по-лесно, в готвенето се използват вискозни храни. Продуктите с висок вискозитет, като сосове, са много удобни за намазване върху други храни, като хляб. Използват се и за задържане на слоеве храна на място. В сандвич за тези цели се използва масло, маргарин или майонеза - тогава сирене, месо, риба или зеленчуци не се плъзгат от хляба. Салатите, особено многопластовите, също често използват майонеза и други вискозни сосове, за да поддържат тези салати във форма. Повечето известни примеритакива салати - херинга под кожено палто и Оливие. Ако използвате зехтин вместо майонеза или друг вискозен сос, зеленчуците и другите храни няма да задържат формата си. Вискозните продукти, със способността си да задържат формата си, се използват и за украса на ястия. Например киселото мляко или майонезата на снимката не само остават във формата, която им е дадена, но и поддържа декорациите, които са поставени върху тях. (фиг. 6)


Ориз. 6. Медът е ненютонова течност

В медицината

В медицината е необходимо да можете да определяте и контролирате вискозитета на кръвта, тъй като високият вискозитет допринася за редица здравословни проблеми. В сравнение с кръвта с нормален вискозитет, гъста и вискозна кръв не се движи добре през кръвоносните съдове, което ограничава доставката на хранителни вещества и кислород до органите и тъканите и дори до мозъка. Ако тъканите не получават достатъчно кислород, те умират, така че кръвта с висок вискозитет може да увреди както тъканите, така и вътрешните органи. Увреждат се не само частите на тялото, които се нуждаят от най-много кислород, но и тези части, до които кръвта отнема най-дълго време, тоест крайниците, особено пръстите на ръцете и краката. При измръзване, например, кръвта става по-вискозна, пренася недостатъчно кислород до ръцете и краката, особено до тъканта на пръстите, а в тежки случаи настъпва смърт на тъканите.

2. Експериментално изследване на свойствата на ненютонови течности

2.1. Резултати от анкетата

За да се изясни разпространението на знанията за съществуването на ненютонови течности, авторът на работата проведе анкета сред ученици от 7-11 клас, учители и служители на МБОУ "Средно училище № 15".

  1. Мислите ли, че човек може да ходи по повърхността на водата?
  2. Може ли човек да ходи по повърхността на друга течност?
  3. Ако да, каква течност е?

Никой от респондентите не посочи ненютонови течности, което показва липса на познания за течности от този вид.

Но интуитивно 50% от анкетираните ученици са разбрали, че такива течности съществуват, а 78% от анкетираните са сигурни, че това не е вода. 17% от анкетираните ученици са много близо до разбирането как човек може да се движи по повърхността на течност и какво трябва да бъде: движи се много бързо, а течността трябва да е много вискозна. И неочаквано отговорът "желе" се оказа много близък до истината.

Резултатите от анкетното проучване на възрастните показват приблизително същата картина като резултатите на учениците. Повечето от възрастните респонденти са сигурни, че е невъзможно да се ходи по вода и други течности (73% от отрицателните отговори на 1 въпрос и 60% на втория). 27% предполагат, че такива течности съществуват: те са вискозни течности с висока плътност.

Резултатите от проучването убедително показаха, че тази работа ще бъде от интерес не само за учениците, но и за възрастните. Смятам да говоря с резултатите от изследването на учебната седмица по физика и математика.

2.2. Експерименти с нишестено мляко

Реагенти: картофено нишесте, вода.

Прибори: дълбока чаша, метална пръчка.

напредък

Нишестето се изсипва в чаша. Изсипете малко количество вода и разбъркайте с метална пръчка (стъклената пръчка не е подходяща, поради крехкост). Съотношението нишесте към вода е приблизително 1x1. Разбърква се до получаване на хомогенна течна маса.

  1. Бавно спуснаха пръста в чашата, при движението на заден ход той остана покрит с течност.
  2. Те рязко удрят течността с пръст, пръстът спира точно върху повърхността на разтвора, без да прониква вътре. Колкото по-бързо и по-силно се опитвате да пробиете горната „мембрана“, толкова повече съпротива получавате в замяна. Ако направите голям резервоар и го напълните с разтвор на нишесте, можете да ходите по повърхността на такава течност!
  3. Бавно спускайте палеца и показалеца в течността, след което, когато бързо се притиснат, между пръстите се образува твърда бучка. Не нишестето е замразено, а ненютонова течност, която проявява свойствата си.
  4. Потопихме всичките си пръсти в течността (оказа се, че не е лесно, трябваше да ги потапят бавно), а след това те измъкнаха пръстите си от чашата, пръстите не можеха да бъдат извадени от течността, течността се издига след пръстите заедно с чашата!
  5. Изсипвахме разтвор на нишесте от една чаша в друга, като я вдигнахме по-високо, видяхме, че течността се излива отгоре, а отдолу стана по-твърда, падайки на бучки, които след това се разпръснаха!
  6. Поставиха дървена дъска върху повърхността на течността, в нея свободно се забиваше пирон. Ако този процес се осъществи във вода, тогава дъската ще потъне при удар и не би било възможно да се забие пирон.
  7. Разточване на топки от воден разтвор на нишесте. Разтворът на нишестето е излят в ръката, лежи в локва в дланта на ръката. С бързи движения от разтвора се разточва топка. Докато търкаляме топката, в ръцете ни ще има твърда топка течност и колкото по-бързо и по-силно действаме върху нея, толкова по-плътна и по-твърда ще бъде топката. Веднага след като разстигнем ръцете си, топката, която беше твърда до този момент, веднага ще се разпространи върху ръката. Това се дължи на факта, че след прекратяване на излагането на него течността отново ще придобие свойствата на течната фаза.
  8. Звуков ефект върху разтвор на нишесте. Високоговорителят беше поставен хоризонтално. В вдлъбнатината на високоговорителя беше поставена пластмасова обвивка. Разтворът на нишестето се излива в депресията. Изпратихме звука през високоговорителя. Наблюдавахме: на гладката повърхност на течността се появяват смущения, които променят формата и величината си в зависимост от силата и честотата на звука.

Заключение от поредица от експерименти: вискозитетът на нишестеното мляко (ненютонова течност) зависи от механични въздействия, включително вибрации (звук). Колкото по-висока е степента на експозиция, толкова по-висок е вискозитетът.

2.3. Наблюдаване на "ефекта на Кайе"

През 1963 г. английският инженер Алън Кей провежда експерименти на базата на ненютонови течности и наблюдава интересни явления... Ученият забеляза, че ако течност се излива от малка височина в същата течност или в течност със същата плътност и вискозитет, тогава струйката не се разтваря в течността, а сякаш се отдръпва от себе си. Това явление се нарича "ефект на Кайе" (или "ефект на Кей").

Реактиви: шампоан в бутилка.

Съдове: дълбока широка чаша, метална плоча.

напредък

  1. Поставихме чашата върху равна повърхност и изсипахме шампоана в нея на слой от 3 см.
  2. От бутилката шампоанът се изсипва в чашата на тънка струя от височина 20-25 см от повърхността на чашата. Когато течността падна от височина 20 см надолу в подобна течност, ние забелязахме, че струйка течност, падаща надолу, започва да отскача от повърхността на течността отдолу. На мястото, където пада струйката, се образува малък туберкул. След като струйката отскочи, туберкулът изчезва. Ефектът беше много кратък. Известно е, че това явление се дължи на вискозитета на течността, но точните причини за възникването му все още не са ясни. Намерени са няколко обяснения за този ефект.
    1) Скокът в течността може да бъде причинен от рязка промяна във вискозитета на струята в момента, когато удари повърхността на течността. Течностите, в които се наблюдава ефектът на Кей, са тиксотропни, тоест вискозитетът им намалява под действието на деформация на срязване. При падащата струя вискозитетът на течността е доста висок. Когато течността удари удар на повърхността, рязката промяна в скоростта води до големи деформации на срязване и вискозитетът на течността намалява. Тъй като течността освен това е еластична, струйката отскача от туберкула.
    2) Прониквайки вътре в течността в чашата, струйката носи запас от кинетична енергия и тъй като течността има висока плътност и вискозитет и според закона за запазване на енергията, кинетичната енергия, въведена в балансирана система, трябва да отиде някъде и стреля същата струйка течност.
    3) Струя течност, падаща надолу, не може да проникне през повърхностното напрежение на горния слой и отскача настрани.
    Ако поставите метална плоча под струята под ъгъл от около 45 ° и я навлажнете със същия шампоан, тогава падащата струя ще падне по наклонена пътека, отскачайки няколко пъти от плочата.

2.4. Експерименти с "умен пластилин" (или ръчна игра)

Реагенти: "умен пластилин" (или "ръчна игра").

Оборудване: пластмасова или метална тръба, чук.

напредък

  1. Разстилане на фигури от "умен пластилин". Фигурка е излята от „умен пластилин“ (или ръчна игра). Гледахме: фигурката бързо „плува“, губи формата си и се разпространява.
  2. Течността на "умния пластилин". "Умният пластилин", ако се държи в ръка, започва да тече бавно.
  3. Подуване на "умен пластилин". Може ли течност, излизайки от тръбата, през която се изтласква, да се разшири по обем? Това не се случва с повечето течности - диаметърът на тяхната струя на изхода от тръбата е равен на вътрешния диаметър на тръбата. Изключение в това отношение обаче е "умният пластилин" или силиконова замазка. Напъхаха пластилина плътно в тръба (спринцовка), задържаха го там известно време и след това започнаха да го пробутват през тръбата. Наблюдавано: веднага щом шпакловката "изпълзи" от тръбата, обемът й се увеличава значително. Обяснение. Когато вискозна еластична течност напусне тръбата, вътрешните напрежения, които са съществували в нея, се отстраняват, така че тя се разширява.
  4. Разбиване на "умен пластилин" и "скачащ" пластилин.
    1. Удря се (твърдо и силно) върху пръчка, направена от „умен пластилин“ с чук, от нея излетяха малки фрагменти, сякаш се е счупила.
    2. На масата беше хвърлена топка от пластилин - отскачаше по-добре от гумена, но след като такава топка лежеше известно време, тя постепенно се сплесква (разнася).
    Обяснение. Този експеримент илюстрира еластичната реакция на ненютонова течност. Умният пластилин има много висок вискозитет, но когато напреженията се прилагат бавно, вискозитетът му намалява. При резки напрежения на срязване материалът става много еластичен.

2.5. Наблюдение на ефекта на Вайсенберг

Ако въртящ се прът се спусне във водата в неподвижно стъкло по оста си, тогава водната повърхност близо до стъклените стени се огъва нагоре под действието на центробежна сила. Не-нютоновите течности обаче се държат по различен начин.

Реагенти: яйчен белтък.

Съдове: стъкло

Оборудване: ръчна бормашина, метален прът.

напредък

  1. Яйчният белтък се отделя в чаша.
  2. Въртящ се прът, фиксиран в ръчна бормашина, беше потопен в протеина, протеинът се държеше по странен начин: вместо да се катери по стените (както във вода), той пълзеше нагоре по пръчката. Това явление се нарича ефект на Весенберг. Обяснение. Когато вискозна еластична течност се върти, срязването на един слой спрямо другия създава напрежения по външната граница на флуида, които са склонни да събират течността към центъра на въртене. Тези напрежения не се срещат в нормални ("нютонови") течности. В нашия експеримент под действието на тези напрежения течността се събира по оста на въртене и се издига нагоре на пръта.

2.6. Поток на вискозна течност

Реагенти: кондензирано мляко (или мед, течен шоколад).

Ястия: чиния.

напредък

  1. Кондензираното мляко се излива от консерва в чиния на височина от 5 до 20 см.
  2. Наблюдавахме: на известно разстояние от плочата струя течност започва да се усуква на пръстени или да се сгъва на гънки, образувайки „течно въже“.
    Защо се появяват такива пръстени?
    Обяснение. Падайки и удряйки повърхността на същата течност в плочата, струйката се компресира, което я кара да се огъва настрани. При тези условия струйката не може да се счупи; следователно, ако количеството падаща течност е по-голямо от това, което течността отдолу може незабавно да абсорбира, тогава струйката започва да се извива.
    Установено е, че диаметърът и скоростта на образуването на "навиване" се определят от дебелината на струйката: колкото по-дебела е струйката, колкото по-големи са пръстените или гънките, толкова по-бавно става "навиването".

2.7. Тиксотропен маргарин.

Реагенти: маргарин, парче хляб.

Оборудване: нож.

напредък:

  1. Намажете хляба с маргарина.
  2. Ние гледаме. Маргаринът се размазва под действието на нож, вискозитетът му намалява с увеличаване на натоварването. Маргаринът е пример за тиксотропна течност.
    Обяснение. Все още не съществува фундаментално обяснение защо вискозитетът на флуида намалява с деформация на срязване. Основната причина за това се счита за промяна в молекулярната конфигурация на течността под въздействието на срязване. Например, дългите молекули могат да бъдат ориентирани по протежение на линиите на срязване. В резултат на това вискозитетът намалява. Когато срязването се отстрани, молекулите се връщат към предишната си ориентация и вискозитетът се увеличава.

2.8. Запазване на имоти

Ненютонова течност има значителен недостатък: течността губи свойствата си, когато водата се изпари от нея. Направих проучване, в резултат на което установих, че свойствата се запазват 2-5 дни в зависимост от температурата на околната среда.

Това е достатъчно за временно премахване на дупки по пътищата.


Ориз. 7. Ходене върху ненютонова течност

Използване на ненютонова течност при ремонт на пътища

Проблемите с ямите са често срещани в много области. Проблемът става особено забележим през пролетта - след топенето на снега. Съществува страхотно количествосайтове и страници в в социалните мрежи, в който собствениците на автомобили се оплакват от качеството на пътищата. Но основното е да не се оплаквате, а бързо да разрешите проблема. Но проблемът не винаги може да бъде решен бързо: през пролетта, когато снегът не се е стопил напълно, в малки населени места, или в случаи на неглавни пътища, дворове или в случай на голям брой дупки в различни части от града. (фиг. 8)


Ориз. 8. Ями по пътищата

Повърхността на пътното платно не трябва да има слягания, дупки или други повреди, които пречат на движението Превозно средствосъс скоростта, разрешена от Правилника за движение по пътищата. (стр. 3.1.1. GOST R 50597-93)

Максимално допустимите повреди на покритието, както и сроковете за тяхното отстраняване са дадени в таблицата.

Бележки (редактиране)

  1. Стойностите на щетите за пролетния период са дадени в скоби.
  2. Сроковете за отстраняване на повредите са посочени за строителния сезон, определени от метеорологичните и климатичните условия, дадени в SNiP 3.06.03 за конкретни видове работа.

Гранични размери на отделни слягания, дупки и др. не трябва да надвишава 15 см дължина, 60 см ширина и 5 см дълбочина.

Предлагам да закърпите пътната настилка с водоустойчиви торби, пълни с ненютонова течност. Когато върху него не действат външни сили, той тече като течност, но когато трябва да се справи с тяло с голяма маса (или се движи със значителна скорост), се превръща в нещо твърдо.

Този метод се отличава със своето основно свойство - ниска цена. В такава "пътна петна" няма какво да се счупи, а разпределението на натоварването върху подлежащата повърхност клони към идеалното (дори по-добре, отколкото в обикновения асфалт) и възможно най-близо до разпределението в течности. Дъждът няма да измие този пластир, тъй като е във водоустойчива торбичка. И колелата на колата, разбира се, няма да могат да направят нищо: нито една частица не може да бъде отделена от пачката. (фиг. 9)


Ориз. 9. Чанта в ямата

Заключение

В резултат на изследването се получи представа за някои от свойствата на ненютоновите течности. Те се различават от обикновените нютонови течности под формата на зависимостта на вискозитета от скоростта на деформация: за нютонови течности тя е право пропорционална, а за ненютонови течности е по-сложна, степенна, оттук и разликата в техните свойства. Получи се идея за разпространението на ненютонови течности: оказва се, че такива течности се срещат навсякъде и областите им на приложение са доста широки.

Ненютоновите течности не се поддават на законите на обикновените течности, тези течности променят своята плътност и вискозитет, когато са изложени на физическа сила, и не само механично действие, но дори и звукови вълни. Ако действате механично върху обикновена течност, тогава колкото по-голям е ефектът върху нея, толкова по-голямо е изместването между равнините на течността, с други думи, колкото по-силен е ефектът върху течността, толкова по-бързо ще тече и ще промени формата си. Ако въздействаме върху ненютонов флуид чрез механични сили, ще получим съвсем различен ефект, течността ще започне да придобива свойствата на твърдите тела и да се държи като твърдо вещество.

Доказах, че ненютонова течност може да се направи у дома. Получената течност може да се излее в ръката и да се опитаме да търкаляме топката, когато действаме върху течността, докато търкаляме топката, в ръцете ни ще има твърда топка течност и колкото по-бързо и по-силно действаме върху нея, толкова по-плътна и по-твърда ще бъде нашата топка. Веднага след като разстигнем ръцете си, топката, която беше твърда до този момент, веднага ще се разпространи върху ръката. Това ще се дължи на факта, че след прекратяване на излагането на него течността отново ще придобие свойствата на течната фаза.

Беше получен отговор на проблематичния въпрос, който беше поставен преди началото на изследването: човек може да ходи по повърхността на ненютонови течности, по-специално по повърхността на воден разтвор на нишесте, а ненютонова течност в резервоари може да се използва за временно премахване на ями по пътищата.

Потвърди се хипотезата на изследването: Има течности, по чиято повърхност човек може да ходи, кола може да шофира – това са ненютонови течности, това са течности със специални свойства, а не като водата.

Целта на работата е постигната: с теоретични и експериментални методи са изследвани някои свойства на ненютоновите течности и са изяснени техните особености.

В хода на изследването бяха решени следните задачи:

  1. Определения и описания на ненютонови течности се намират в информационни източници.
  2. Проведено е проучване сред ученици и възрастни, което разкрива липсата на информираност на респондентите за ненютонови течности.
  3. Статията описва някои от свойствата на ненютоновите флуиди и техните разлики от нютоновите, и дава тяхната класификация.
  4. Установено е, че ненютонови течности ни заобикалят навсякъде, те изобщо не са редки и екзотични. За самостоятелно производство на ненютонова течност е подходящ воден разтвор на нишесте.
  5. В хода на работата беше извършено експериментално изследване на някои от свойствата на ненютонови течности с фотографии.
  6. В резултат на изследването е създадена мултимедийна презентация по изучаваната тема, която може да се използва като допълнителен материал в уроците по физика.

Въз основа на свойствата на ненютонова течност, искам да предложа няколко начини за използването му.

  1. Производство на контейнери за транспортиране и съхранение на чупливи стъклени предмети (стъкла, съдове, коледна украсаи т.н.)
  2. Използването на ненютонова течност при производството на защитни средства (наколенки, налакътници, каски и др.) за спортисти, както и използването им при обучението на малки деца да ходят.
  3. Предлагам да закърпите пътната настилка с водоустойчиви торби, пълни с ненютонова течност. Когато върху него не действат никакви външни сили, той тече като течност, но щом колело от кола го претърколи, той моментално се превръща в твърдо, като асфалт, вещество.

Нютоновите и ненютоновите течности напоследък привличат активен интерес не само сред учените, но и сред учените обикновените хора... Това се дължи на факта, че ненютонова течност се прави лесно на ръка и е подходяща за домашни експерименти. За начало нека да разберем за какъв вид вещества става дума. Нютоновата течност се подчинява на закона на Нютон за вискозното триене, поради което получи името си. Според този закон тангенциалното напрежение в равнините на контакт на слоевете на течността е право пропорционално на производната на скоростта на нейния поток по посоката, нормална на тези равнини.

Звучи доста сложно, но читателят ще бъде по-разбираем, ако кажем, че нютонова течност е вода, масло и повечето течни субстанции, с които сме свикнали при ежедневната употреба, тоест тези, които запазват агрегатното си състояние, независимо какво правите с тях (освен ако не говорим за изпаряване или замръзване, разбира се). Но ако зависимостта, описана в дефиницията по-горе, е обратно пропорционална, можем да говорим за ненютонов флуид.

Такава течност винаги е нехомогенна, тя съдържа големи молекули, които се събират кристални решеткиследователно, вискозитетът директно зависи от скоростта на потока на съединението. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-висок е вискозитетът. Отчасти този тип вещество включва тиксотропни течности, тоест такива, които променят вискозитета с течение на времето, например замазка или шоколад. Също така някои учени са склонни да смятат кръвта за вещество, което не действа според законите на Нютон за вискозното триене, тъй като е нехомогенна течност, това е суспензия от плазма и много кръвни клетки. Всеки лекар ще потвърди, че това може да варира от място до място. съдова система, което често е патология. Не всяко вещество обаче по принцип е способно на такива метаморфози.

Може да се приготви много лесно у дома. Трябва да вземете 1,5 части нишесте (в идеалния случай царевично нишесте, но картофено нишесте ще свърши работа) и една част вода. Съставките трябва да се смесват бавно, за да няма бучки. В идеалния случай го разстелете на доста тънък слой върху тава за печене, но разбира се можете да изпитате всякакви взаимодействия. Опитайте се бързо да „загребете“ течността с пръсти и тя ще изглежда и ще се чувства като втвърдена пластмасова маса. Отпуснете пръстите си и течността ще се отцеди. Нютоновата течност не е способна на такива трикове! Можете да сложите веществото в шепа и да започнете да го хвърляте нагоре. Много скоро ще стане вискозен и пластичен и следователно ще изглежда да танцува в дланите ви - това е много интересна гледка! Разточете течността на бучка, тя ще бъде еластична и приятна, а ако отпуснете дланта си, ще се разтече. Интересно е да добавите багрила към него, за да играете с децата. Някои отиват по-далеч и дори се опитват да тичат върху ненютонова течност, да търкалят предмети по нея и т.н., но за подобни експерименти, разбира се, е необходим много повече материал, отколкото за домашни експерименти. Можете да намерите много видео репортажи и да продължите да изследвате завладяващия свят на физиката.