Biyoloji 

Newton olmayan bir sıvı hazırlıyoruz ve sıra dışı özellikleriyle tanışıyoruz. Newton tipi olmayan sıvı nedir? Örnekler ve Deneyler Bir tekerlekteki Newton sıvısı

Merhaba!

Size genç uzman Stas'ı tanıtmama izin verin. Ev laboratuvarında yeni her şeyi öğrenerek deney yapmayı çok seviyor.

Bugün özellikle Eğlenceli Bilim okurları için Newtonyen olmayan akışkanların özelliklerini anlatacak. Lütfen sevgi ve saygılar. Söz Stas'a verilir.

Sıvı, çevremizdeki dünyanın her yerinde bulunur. Sıvıların özellikleri herkese aşinadır ve onlarla bir dereceye kadar etkileşime giren herhangi bir kişi, herhangi bir sıvının belirli bir durumda nasıl davranacağını tahmin edebilir.

Günlük kullanımda özelliklerini görmeye alıştığımız, Newton yasasına uyan sıvılara sıvı denir. Newtonian.

Newton akışkanı, viskoz akışkan, akışında Newton'un viskoz sürtünme yasasına uyan akışkan .

17. yüzyılın sonunda, büyük fizikçi Newton, kürekleri hızlı bir şekilde kürek çekmenin, yavaş yapmaktan çok daha zor olduğunu fark etti. Ve sonra, bir sıvının viskozitesinin, üzerindeki etki kuvvetiyle orantılı olarak arttığına göre bir yasa formüle etti.

sıradan sıvıların yasalarına boyun eğmeyin, bu sıvılar fiziksel kuvvete maruz kaldıklarında yoğunluklarını ve viskozitelerini değiştirirler ve sadece mekanik hareketle değil, hatta ses dalgaları... Sıradan bir sıvı üzerindeki etki ne kadar güçlüyse, o kadar hızlı akacak ve şeklini değiştirecektir. Newtonyen olmayan bir sıvıya mekanik çabalarla etki edersek, tamamen farklı bir etki elde edeceğiz, sıvı özelliklerini almaya başlayacaktır. katılar ve katı gibi davranırsa, sıvının molekülleri arasındaki bağ, üzerine etki kuvvetinin artmasıyla artacaktır. Newton tipi olmayan akışkanların viskozitesi, akışkan akış hızı azaldıkça artar. Tipik olarak, bu tür sıvılar oldukça heterojendir ve karmaşık uzaysal yapılar oluşturan büyük moleküllerden oluşur.

Deneylerden birinin Newton dışı sıvılara ayrıldığı popüler bilim sergisi Touch Science'ı ziyaretim, beni bu ilginç konuyu incelemeye yöneltti. Deney bende büyük bir etki bıraktı ve sıvıların fizik yasalarıyla çelişen şaşırtıcı özellikleri hakkında daha fazla şey öğrenmek istedim.

Evde sadece gördüklerimi tekrarlamayı değil, aynı zamanda daha detaylı çalışmayı da başardım. bu olgu, birçok ek deney yapın ve bu sıvıyı kullanmanın kendi yollarını bulun.

Yaptığım deneylerden biri nişasta suyu ile.

Katı sıvı.

Homojen bir viskoz duruma gelene kadar karıştırılmış eşit miktarda nişasta ve su aldım. Bundan sonra ekşi kremaya benzer bir karışım elde ettim.

Ancak bu karışımın sıradan sıvıdan farkı, aynı anda hem katı hem de sıvı olabilmesidir. Pürüzsüz bir etki ile karışım sıvıdır ve elinize alıp kuvvetle sıkarsanız, ondan bir yumru, hemen "eriyecek" bir "kartopu" yapabilirsiniz.


Çıktı: Bu sıvı kuvvetten etkilenirse katı özelliği kazanır.

Hatta bu sıvı üzerinde koşabilirsiniz, ancak hareketi yavaşlatırsanız, kişi hemen sıvıya dalar.

Bu sıvının özelliklerinin yakında yol çukurlarının geçici onarımı için kullanılması planlanıyor.

Newton olmayan sıvılara ne olur?

Nişasta parçacıkları suda şişer ve temaslar rastgele iç içe geçmiş moleküller şeklinde oluşur.

Bu güçlü bağlara ağlar denir. Keskin bir darbe altında, güçlü bağlar moleküllerin hareket etmesini engeller ve sistem dış darbelere esnek bir yay gibi tepki verir. Yavaş bir darbe ile dişlilerin gerilmesi ve çözülmesi için zamanları vardır. Ağ kırılır ve moleküller dağılır.

Genç bilim adamları, sevgili ebeveynler, sevgili dedeler. Bugün Stas size inanılmaz özelliklere sahip ve “katı sıvı” olarak adlandırılabilecek alışılmadık bir sıvıyı gösterdi ve anlattı. Beğendin mi? Ardından "Deneyler" bölümüne gidin. Orada zevkinize göre deneyimler, püf noktaları ve deneyler bulacaksınız. Evde yapabileceğiniz ve herkesi şaşırtabilecekleriniz. Ve siz ve çocuklarınız için yeni bir “PocheMuk” bölümümüz var. İçinde en ilginç sinsi ve zor olanı cevaplıyoruz bilimsel konular- bize yazın.

Deneylerin yorumlarını ve fotoğraflarını gerçekten sabırsızlıkla bekliyorum!

İstatistikleriniz

laboratuvarıma gel!

Newton sıvısıÖzel, son derece anlaşılmaz ve şaşırtıcı bir maddedir. Böyle bir sıvının sırrı, güçlü bir şekilde etkilendiğinde katı gibi direnmesi, aynı zamanda yavaş olduğunda sıvı özelliği kazanmasında yatmaktadır.

Genel olarak, böyle bir sıvıyı aramak doğru olur. Newton olmayan, çünkü homojen Newtonian'ın aksine homojen olmayan bir yapıya sahiptir ve büyük moleküllerden oluşur.

Öyleyse, Newton akışkanı: Bundan ilginç eğlence nasıl çıkarılır?

  1. Newton sıvısının şaşırtıcı özelliklerini görmek için, nişasta (250 gr.) ve suyu (100 gr.) karıştırın derin bir tabakta;
  2. Homojen bir kütle oluşana kadar malzemeleri karıştırmak gerekir.
  3. Bundan sonra, ortaya çıkan sıvıdan küçük bir top yuvarlamayı deneyebilirsiniz. Bu durumda, topu çok hızlı yuvarlarsanız, daha sert ve daha güçlü olacaktır. Böyle bir topu yuvarlamayı bırakırsanız, elinize yayılacaktır.
  4. Parmağınızı Newton sıvısına hafifçe daldırırsanız, direnç göstermeden içine girer, ancak yumruğunuz yüzeyine sertçe vurursanız, sert bir tepkiyle karşılaşacaktır.
  5. Böyle bir karışım bir tepsiye dökülür ve yüksek sesle müzik çalınan bir hoparlöre yerleştirilirse, bu, kütlenin yüzeyinin dans ediyormuş gibi eşit olmayan bir şekilde hareket etmesine yardımcı olacaktır. Üzerine farklı renklerde gıda boyaları eklerseniz solucan şeklinde renkli tüplerin dansını görebilirsiniz.

Diğer şeylerin yanı sıra, çocuklar için ilginç bir çok renkli yapabilirsiniz. akıllı hamuru... Bunu yapmak için şunları almanız gerekir:

  1. PVA tutkalı;
  2. Farklı renklerde gıda boyası;
  3. Sodyum tetrabarat.

Hazırlık:

  • PVA yapıştırıcısını (100 gram) derin bir kaba dökün;
  • O zaman gıda boyası eklemeniz ve her şeyi karıştırmanız gerekir;
  • Bundan sonra, sodyum tetrabarat eklemeniz ve yoğun homojen bir kütleye kadar karıştırmanız gerekir.

Çocukları sevindirmek için rengarenk bir pasta da hazırlayabilirsiniz. kauçuk balçık, Newton sıvısının özelliklerine sahiptir.

Bu gerektirir:

  1. PVA tutkalı - ¼ cam;
  2. Su - ¼ bardak;
  3. Gıda boyası;
  4. Sıvı nişasta - 1/3 su bardağı

Hazırlık:

  1. Sıvı nişastayı küçük bir torbaya dökün;
  2. Sonra oraya biraz boya dökün;
  3. Bundan sonra PVA tutkalı eklemeniz gerekir;
  4. İyice karıştırın ve bitmiş slime'ı çantadan çıkarın.

Artık Newtoncu bir sıvı yapmayı ve ondan çeşitli mucizeler yaratmayı biliyoruz.

Newton olmayan akışkanlar nelerdir? Örnekleri elbette buzdolabınızda bile bulunabilir, ancak bilimsel bir mucizenin en bariz örneği, asılı (askıda) parçacıklar sayesinde aynı anda hem sıvı hem de katı olarak kabul edilir.

Viskozite hakkında

Sir, bir sıvının viskozitesinin veya akmaya karşı direncinin sıcaklığa bağlı olduğunu savundu. Yani örneğin su, tam olarak ısıtma veya soğutma elemanlarının etkisi altında buza dönüşebilir ve geri dönebilir. Ancak dünyada var olan bazı maddeler, sıcaklıktaki bir değişiklikten ziyade kuvvet kullanımı nedeniyle viskozitelerini değiştirir. İlginç bir şekilde, her yerde bulunan ve uzun süre karıştırıldığında daha ince hale gelen domates sosu Newtonian olmayan sıvılar arasında yer almaktadır. Krem ise çırpıldığında koyulaşır. Bu maddeler sıcaklıkla ilgilenmezler - Newtonyen olmayan sıvıların viskozitesi fiziksel etki nedeniyle değişir.

Deney

Uygulamalı bilimle ilgilenenler veya sadece misafirlerini ve arkadaşlarını inanılmaz derecede basit ve aynı zamanda inanılmaz derecede büyüleyici bir bilimsel deneyle şaşırtmak isteyenler için kolloidal nişasta çözeltisi için özel bir reçete oluşturuldu. Kelimenin tam anlamıyla iki sıradan mutfak malzemesinden kendi ellerinizle yapılan gerçek bir Newton olmayan sıvı, tutarlılığı ile hem okul çocuklarını hem de öğrencileri şaşırtacak. Tek ihtiyacınız olan nişasta ve saf su ve sonuçta aynı anda hem sıvı hem de katı olan benzersiz bir madde ortaya çıkıyor.

Yemek tarifi

  • Temiz bir kaseye çeyrek torba mısır nişastası koyun ve yavaş yavaş yaklaşık yarım bardak su ekleyin. Birşeyin önüne geçmek. Bazen doğrudan elle bir kolloidal nişasta çözeltisi hazırlamak daha uygundur.
  • Bal gibi bir kıvam elde edene kadar küçük porsiyonlarda nişasta ve su eklemeye devam edin. Bu, gelecekteki Newton olmayan sıvıdır. Karıştırmaya yönelik tüm girişimler başarısızlıkla sonuçlanırsa, onu nasıl homojen hale getirebilirsiniz? Merak etme; sadece süreç için biraz zaman ayırın. Sonuç olarak, bir paket mısır nişastası için muhtemelen bir ila iki bardak su kullanacaksınız. Lütfen, daha fazla toz ekledikçe maddenin daha yoğun hale geldiğini unutmayın.
  • Elde edilen maddeyi bir tavaya veya fırın tepsisine dökün. "Katı" sıvı dökülürken olağandışı kıvamına daha yakından bakın. Maddeyi işaret parmağınızla bir daire içinde karıştırın - şaşırtıcı bir Newton olmayan sıvı elde edene kadar önce yavaşça, sonra daha hızlı ve daha hızlı.

deneyler

Hem bilimsel bilgi amaçlı hem de eğlence amaçlı olarak aşağıdaki deneyleri deneyebilirsiniz:

  • Parmağınızı ortaya çıkan pıhtı yüzeyinde gezdirin. Bir şey fark ettin mi?
  • Tüm elinizi gizemli maddeye daldırın ve parmaklarınızla sıkıştırmaya çalışın ve kaptan dışarı çekin.
  • Bir top oluşturmak için maddeyi avuçlarınızda yuvarlamayı deneyin.
  • Hatta tüm gücünüzle pıhtıyı avucunuzla tokatlayabilirsiniz. Orada bulunan seyirciler, muhtemelen bir nişasta çözeltisi ile püskürtülmeyi umarak yanlara dağılacaktır, ancak olağandışı madde kapta kalacaktır. (Elbette nişastadan pişman olmadıysanız.)
  • Video blogcuları tarafından muhteşem bir deney sunulmaktadır. Bunun için, birkaç kat halinde kalın streç filmle dikkatlice kaplanması gereken bir müzik hoparlörüne ihtiyacınız olacak. Çözeltiyi bir kasete dökün ve müziği yüksek sesle çalın. Sadece bu eşsiz kompozisyonun kullanılmasıyla mümkün olan çarpıcı görsel efektleri gözlemleyebileceksiniz.

Bir laboratuvarda okul çocukları veya öğrencilerin önünde bir deney yapıyorsanız, onlara Newton olmayan bir sıvının neden bu şekilde davrandığını sorun. Elinizde sıktığınızda katı gibi geliyor da parmaklarınızı açtığınızda şerbet gibi akıyor? Tartışmanın sonunda, bir sonraki sefere kadar saklamak için pıhtıyı fermuarlı büyük bir plastik torbaya sarabilirsiniz. Süspansiyonun özelliklerini göstermeniz faydalı olacaktır.

Maddenin Gizemi

Kolloidal nişasta çözeltisi neden bazı durumlarda katı, diğerlerinde sıvı gibi davranır? Aslında, Newton olmayan gerçek bir sıvı yarattınız - viskozite yasasını reddeden bir madde.

Newton, bir maddenin viskozitesinin yalnızca sıcaklıktaki bir artış veya azalma nedeniyle değiştiğine inanıyordu. Örneğin, motor yağı ısıtıldığında kolayca akar ve soğutulduğunda kalınlaşır. Kesin konuşmak gerekirse, Newton olmayan akışkanlar da bu fiziksel yasaya uyarlar, ancak viskoziteleri kuvvet veya basınç uygulanarak da değiştirilebilir. Elinizde kolloidal bir pıhtı sıktığınızda yoğunluğu önemli ölçüde artar ve (geçici olarak bile olsa) katı hale dönüşüyormuş gibi görünür. Yumruğunuzu açtığınızda kolloidal solüsyon normal sıvı gibi akar.

akılda tutulması gerekenler

İroni, nişastayı suyla sonsuza kadar karıştırmanın imkansız olmasıdır, çünkü deney sonucunda homojen bir madde değil, bir süspansiyon elde edersiniz. Zamanla, toz parçacıkları su moleküllerinden dökülecek ve plastik torbanızın dibinde sert bir yumru halinde toplanacaktır. Bu nedenle, Newton olmayan böyle bir sıvı, sadece alıp lavaboya dökerseniz, kanalizasyon borularını anında tıkar. Asla kanalizasyona dökmeyin - bir torbaya koyup çöp oluğuna atmak daha iyidir.

Dikkat! Site yönetim sitesi içerikten sorumlu değildir. metodolojik gelişmeler, ayrıca Federal Devlet Eğitim Standardının geliştirilmesine uyum için.

  • Katılımcı: Verkholamova Maria Denisovna
  • Başkan: Andreeva Yulia Vyacheslavovna
Çalışmanın amacı Newton tipi olmayan akışkanların özelliklerini ve bazı özelliklerini ve bunların karayollarının onarımında kullanılma olasılıklarını ortaya çıkarmaktır.

Tanıtım

Bu çalışma, üzerinde çalışılmamış olan olağandışı sıvılara ayrılmıştır. okul kursları fizik ve kimya, ancak şaşırtıcı özelliklere sahip olan ve incelenmesi çok ilginç olan: düşük yüklerde yumuşak, akışkan ve elastiktirler ve yüksek yüklerde sert ve çok elastik hale gelirler. Bu sıvılara Newtonian olmayan sıvılar denir.

Newton olmayan akışkanların özellikleri üzerine ilk çalışmalar geçen yüzyılın 50'li yıllarında ortaya çıktı ve biyomekanik, biyonik, biyohidrodinamik ve gıda endüstrisinin gelişimi ile ilişkilendirildi. Hidrodinamikte uygulanan bir dizi problemde polimer ve nanotoz katkı maddelerinin yaygın kullanımı, Newtonyen olmayan akışkanlara olan ilgiyi yeniden uyandırmıştır.

Bu tür sıvıların en ünlü örnekleri şunlardır: bataklık ve Rus masallarından iyi bilinen süt nehirleri - jöle bankaları. Bataklık tehlikelidir çünkü içine giren her şeyi emebilir. Böyle bir kumun üzerinde durun - ve içinde boğulmaya başlayacaksınız, ancak hızlı bir şekilde bataklığa çarparsanız, hemen sertleşecektir. (Şekil 5)

Pirinç. 5. Bataklık

Newton olmayan akışkanların özellikleri, reoloji bilimi (Yunanca rheos-akış, akış ve logos-kelime, doktrin) tarafından, gerçek cisimlerin deformasyon özelliklerini inceleyen bilim, maddenin deformasyon ve akışkanlığı bilimi tarafından incelenir. . Reoloji, bir cisme etki eden mekanik gerilmeleri ve bunların neden olduğu deformasyonları dikkate alır. "Reoloji" terimi, Amerikalı kimyager Eugene Bingham tarafından icat edildi. Resmen, "reoloji" terimi 3. Plastisite Sempozyumu'nda (1929, ABD) kabul edildi, ancak reolojinin belirli hükümleri bundan çok önce kuruldu.

Reoloji, akışkanlar mekaniği, elastikiyet, plastisite ve sürünme teorileri ile yakından iç içedir. Reoloji, Isaac Newton'un viskoz bir sıvının hareketine direnç yasalarına, sıkıştırılamaz bir viskoz sıvının hareketi için Navier - Stokes denklemlerine, J. Maxwell, W. Thomson ve diğerlerinin çalışmasına dayanıyordu. Rus bilim adamları: DI Mendeleev, NP Petrov, F.N.Shvedov ve Sovyet bilim adamları P.A.Rebinder, M.P. Volarovich, G.V. Vinogradov ve diğerleri.

Çeşitli üretim süreçleri için teknoloji geliştirirken teknolojide, çok çeşitli malzemelerle ilgili tasarım çalışmalarında ve tasarım hesaplamalarında reoloji sorunları ile karşılaşılmalıdır: metaller (özellikle yüksek sıcaklıklar), kompozit malzemeler, polimer sistemler (eriyikler, çözeltiler, kompozit malzemeler, kauçuk), petrol ürünleri, killer ve diğer topraklar, kayalar, yapı malzemeleri (beton, bitüm, silikatlar vb.), dağınık sistemler (köpükler, emülsiyonlar, süspansiyonlar, tozlar, macunlar) gıda vb. Reolojinin alt bölümü - biyoreoloji, biyolojik sıvıların (kan, sinovyal, plevral sıvılar) mekanik özelliklerini ve insanlarda ve hayvanlarda kasların, kan damarlarının deformasyon özelliklerini inceler.

Bu nedenle, pratik bir bakış açısıyla, bu alanda araştırma yapmak önemlidir ve kesinlikle gereklidir. Tamamen bilimsel bir bakış açısından, Newtonyen olmayan akışkanların incelenmesi de çok ilginç ve konuyla ilgilidir, çünkü basit akışlarda bile sıradan bir Newton akışkanının davranışından niteliksel olarak farklı davranışlar sergileyebilirler.

Eserin yazarı tarafından ortaya atılan sorunlu soru: Bir araba hareket edebilir ve bir kişi herhangi bir sıvının yüzeyinde yürüyebilir mi?

Araştırma hipotezi: Yüzeyde bir kişinin yürüyebileceği, araba kullanabileceği sıvılar vardır, ancak bunlar özel özelliklere sahip sıvılardır, bu sıvıların özellikleri örneğin sudan farklıdır.

işin amacı- Newtonyen olmayan akışkanların özelliklerini ve bazı özelliklerini ve bunların yol onarımında kullanılma olasılıklarını öğrenmek.

Araştırma hedefleri:

  1. Bilgi kaynaklarında Newton olmayan akışkanların tanımlarını ve açıklamalarını bulun.
  2. Newtonyen olmayan sıvıların farkındalığı için son sınıf öğrencileri ve yetişkinlerle bir anket yapın.
  3. Newton tipi olmayan akışkanların özelliklerini ve Newton tipi akışkanlardan farklarını açıklar.
  4. Newton tipi olmayan akışkanların sınıflandırılmasını öğrenin.
  5. Newtonyen olmayan sıvı tarifleri bulun ve oluşturun.
  6. Fotoğraflarla Newton olmayan akışkanların bazı özelliklerinin deneysel bir çalışmasını yapın.
  7. Newtonyen olmayan sıvıların yol onarımında kısa süreli kullanım olanaklarını öğrenin

Araştırma Yöntemleri:

  1. İlgili literatürü ve İnternet kaynaklarını kullanarak teorik araştırma.
  2. Newton ve Newton olmayan akışkanların mekanik özelliklerinin karşılaştırmalı analizi.
  3. Newton olmayan sıvıların özelliklerinin deneysel çalışmaları: sulu bir nişasta çözeltisi, handgam ("akıllı hamuru"), vb.
  4. Görsel gözlemler ve ardından fotoğraflar.
  5. Sorgulamak.

alakaÇalışma, Newton olmayan bir sıvının özellikleri üzerine yapılan araştırmaların ihmal edilebilir olması ve hem sıvı hem de katı özelliklerini içeren bir maddenin yaşamın birçok alanında - ve esas olarak - çözme yolunda kullanılabileceği gerçeğinden oluşur. sorunlar.

Bölüm 1

1.1. Sıvı halin özellikleri

Bir sıvı hali genellikle bir katı ve bir gaz arasında bir ara madde olarak kabul edilir: bir gaz, hacmini veya şeklini korumazken, bir katı her ikisini de korur.

Sıvı, bir maddenin hacmini pratik olarak korurken, çok küçük de olsa dışarıdan mekanik etki altında süresiz olarak şeklini değiştirebildiği bir durumdur. Bir sıvı, dış kuvvetlerin etkisine (örneğin, yerçekimi) direnmek için katı bir gövde gibi parçacıklar arasında böyle güçlü bir iç bağlantıya sahip değildir, bu nedenle aynı yerçekimi bir çelik bıçağı masaya bulaştırmaz, ancak suyu bir bardağa bastırır. , onun şeklini almaya zorluyor. Sıvıların bu özelliğine akışkanlık denir.

Sıvıları gaza benzer yapan bir diğer önemli özellik ise viskozitedir. Sıvının bir bölümünün diğerine göre hareketine direnme yeteneği olarak tanımlanır.

Bir sıvıyı oluşturan komşu parçacık katmanları (moleküller) birbirine göre hareket ettiğinde, kaçınılmaz olarak parçacıkların çarpışması meydana gelir ve düzenli hareketlerini yavaşlatan kuvvetler ortaya çıkar. nerede kinetik enerji parçacıkların düzenli hareketi ısıya dönüşür - sürtünme yüzeyleri ısıtıldığında kuru sürtünme kuvvetlerinin etkisinin sonucuna benzer şekilde ısı açığa çıkar. Bu nedenle viskozite, katılara benzer şekilde, aynı zamanda viskoz sürtünme kuvvetleri olarak da adlandırıldı.

Viskoz sürtünme kuvvetlerinin hareketinin görünürlüğü, örneğin bir tencerede su karıştırılarak kolayca görülebilir. Tencerenin ortasındaki küçük yarıçaplı bir daire boyunca bir kaşıkla karıştırarak, ilk başta sadece su merceğinin merkezinin döndüğünü ve ardından yavaş yavaş, giderek daha fazla dış sıvı katmanının içeri girmeye başladığını fark ediyoruz. dönme - ve su moleküllerinin katmanlarının birbirine sürtünmesi nedeniyle dahil olurlar. Karıştırılan sıvının viskozitesi ne kadar yüksek olursa, kaşığa o kadar fazla kuvvet uygulanmalıdır ve dış katmanlar harekete o kadar kolay dahil olur.

Tüm sıvıların bir viskozitesi vardır (sıvı helyumun süperakışkan kısmı hariç) ve herkes için farklıdır. Sıvılaştırılmış gazlar çok akışkandır, oda sıcaklığı ayrıca çok viskoz değil. En yüksek viskoziteye, son derece yüksek viskoziteli sıvılar dahil olmak üzere jeller, emülsiyonlar veya süspansiyonlar - camlar ve amorf katılar gibi karmaşık sıvı sistemleri sahiptir. Camların viskozitesi o kadar yüksektir ki, cama mekanik olarak etki ettiğinde, moleküllerinin katmanlarını birbirine göre yerinden oynatmaktan ve akmak yerine patlamaktan ziyade kırık bir yapıya sahip olacaktır. Aynı zamanda, örneğin, zaten birkaç (en az beş) yıllık olan eski bir pencere camına bakarsanız, cam levhanın üstünde ve altında eşit olmayan bir kalınlığa sahip olduğunu fark edeceksiniz. Bu, camın hala aktığını, ancak canavarca yavaş olduğunu gösteriyor.

Tüm viskoz akışkanlar Newton ve Newton olmayan olarak ikiye ayrılır.

1.2. Newton ve Newton olmayan akışkanlar

Hareket eden bir sıvıda viskozitesi yalnızca doğasına ve sıcaklığına bağlıysa ve hız gradyanına bağlı değilse (gradyan, belirli bir değerdeki en hızlı artışın yönüdür. bu durumda hız), o zaman bu tür sıvılara Newtonian denir. Gerçek akışkanlar Newton ve Newton olmayan olabilir. Newtonian akışkanlarda, bir akışkan tabakası diğerine göre hareket ettiğinde, kesme geriliminin büyüklüğü kesme hızı ile orantılıdır. Göreceli dinlenme durumunda, bu gerilimler sıfırdır.

Bu model Newton tarafından 1686'da oluşturulmuştur, bu nedenle bu sıvılara (su, yağ, benzin, gazyağı, gliserin, vb.) Newton sıvıları denir. Newton tipi olmayan akışkanlar büyük bir hareketliliğe sahip değildir ve hareketsiz durumdaki kesme gerilmelerinin (iç sürtünme) varlığı ile Newton akışkanlarından farklıdır.

Alıştığımız sıvıların çoğu Newton tipidir: su, sulu çözeltiler, petrol ürünleri, aseton vb. Üst kısmı sabit bir hızla hareket eden iki düzlem-paralel plaka arasındaki laminer kesme sıvısı akışında v zorla F ve alttaki sabittir, sıvı katmanları farklı hızlarda hareket eder - üst plakadaki maksimumdan altta sıfıra.Newton sıvılarının akışı Newton-Petrov denklemine, yani teğet stres ve hız gradyanına uyar doğrusal olarak bağımlıdır ve bu miktarlar arasındaki orantı katsayısı η viskozite olarak bilinir:

τ = F / S,

τ kayma gerilimidir (sürtünme gerilimi); F- iç sürtünme kuvveti; S- sıvının temas eden katmanlarının yüzey alanı.

Örneğin bir sıvı homojen olmadığında, karmaşık uzaysal yapılar oluşturan büyük moleküllerden oluştuğunda, akışı sırasında viskozite hız gradyanına bağlıdır. Bu tür sıvılara Newtonyen olmayan denir. SI'de viskozite η Pa · s olarak ifade edilir. Gazlar için, η genellikle 1 ila 100 μPa · s arasındadır, 20 ° C'de su için 1 mPa · s, çoğu düşük moleküler sıvı için 10 Pa'ya kadar

Newton olmayan akışkanlar, sıradan akışkanların yasalarına meydan okur. Bu sıvılar, fiziksel kuvvete maruz kaldıklarında yoğunluklarını ve viskozitelerini değiştirirler ve bu yalnızca mekanik hareketle değil, ses dalgalarıyla bile değişir.

Sıradan bir sıvıya mekanik olarak etki ederseniz, üzerindeki etki ne kadar büyük olursa, sıvının düzlemleri arasındaki kayma o kadar büyük olur, başka bir deyişle sıvı üzerindeki etki o kadar güçlü olursa, sıvı o kadar hızlı akar ve şeklini değiştirir.

Newtonyen olmayan bir sıvıya mekanik kuvvetlerle etki edersek, tamamen farklı bir etki elde edeceğiz, sıvı katıların özelliklerini almaya ve katı gibi davranmaya başlayacak, sıvının molekülleri arasındaki bağlantı bir artışla artacaktır. üzerindeki etki kuvvetinin artması, sonuç olarak bu tür sıvıların katmanlarını kaydırmanın fiziksel zorluğuyla karşı karşıya kalacağız. Newton tipi olmayan akışkanların viskozitesi, akışkan akış hızı azaldıkça artar.

Örneğin, su çözümü nişasta maruziyete bağlı olarak farklı davranır.

Sert, kuvvetli, hızlı etki edilirse katılara yakın özellikler gösterir (Şek. 1) ve yavaş etkilendiğinde sıvı hale gelir (Şek. 2).


Pirinç. 1. Nişasta üzerinde hızlı etki


Pirinç. 2. Nişasta üzerinde yavaş etki

1.3. Newton tipi olmayan akışkanların sınıflandırılması

Newton tipi olmayan akışkanların iyi bilinen sınıflandırmaları, viskozite ve gerinim oranını birbirine bağlayan ampirik denklemlere dayanmaktadır. Bu denklemler, sıvı akışının eğrilerini oluşturmak için kullanılır (Şekil 3)


Pirinç. 3 Sıvı akış eğrileri:
1 - doğrusal olmayan viskoplastik, 2 - viskoplastik, 3 - psödoplastik, 4 - Newtonian, 5 - dilatan

Newton-Petrov denklemine göre, Newton akışkanlarının akışının eğrisi, yani kayma geriliminin hız gradyanına bağımlılığının grafiği, orijinden çıkan düz bir çizgidir (Şekil 3'te, No. 4). Bu düz çizginin eğimi, Newton sıvısının viskozitesi ile orantılıdır.

Newtonyen olmayan veya anormal, akışı Newton yasasına uymayan sıvılar olarak adlandırılır; onlar için kayma gerilmeleri Newton-Petrov denkleminden daha karmaşık bağımlılıklarla ifade edilir. Hidrolik, sıvılar açısından anormal olan pek çok şey var. Petrol, kimya, rafineri ve diğer endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Newton olmayan akışkanlar üç ana gruba ayrılır:

  • Newton tipi olmayan viskoz akışkanlar;
  • Newtonyen olmayan kararsız akışkanlar;
  • Newton tipi olmayan viskoelastik akışkanlar.

İlk grup, özellikleri zamana bağlı olmayan viskoz (veya sabit) Newton olmayan sıvıları içerir. Akış eğrilerinin türüne göre, bu grubun aşağıdaki sıvıları ayırt edilir: Bingham (veya viskoplastik), psödoplastik ve dilatant.

Bingham veya viskoplastik (eğri 2) sıvılar, ancak akma noktasını aşan bir gerilim uygulandıktan sonra akmaya başlar. Bu durumda plastik akışkanın yapısı bozulur ve Newtonian gibi davranır. Bingham sıvıları, kalın süspansiyonları (çeşitli macunlar ve çamurlar, yağlı boyalar, vb.) içerir.

Psödoplastik akışkanlar (eğri 3), Newtonyen olmayan akışkanlar olarak kabul edilen grupta en yaygın olanıdır. Bunlar, asimetrik parçacık yapısına sahip polimerler, selüloz ve süspansiyonlar vb. çözeltileri içerir.

Newtonian olanlar gibi psödoplastik sıvılar, en küçük τ (sürtünme stresi) değerlerinde akmaya başlar.

Dilatant sıvılar (eğri 5), katı fazın parçacıkları arasındaki boşlukların çok yavaş akışında veya durgun bir durumda doldurmayı mümkün kılan bir miktarda bir sıvı faz içerir. Hız arttıkça katı fazın parçacıkları birbirine göre daha hızlı hareket eder, parçacıklar arasındaki sürtünme kuvvetleri artarken görünür viskozite artar. Dilatant sıvılar arasında nişasta, potasyum silikat, çeşitli yapıştırıcılar vb.

Doğrusal olmayan viskoplastik akışkanlar (eğri 1), kayma gerilimi statik gerilimi aştığı anda hareket etmeye başlar. Ayrıca, hız gradyanındaki bir artışla, sıvıdaki sürtünme gerilimi, yapının tahribatının sona erdiği değere doğrusal olmayan bir şekilde artar. Bundan sonra, sıvının davranışı Newtonian olandan farklı değildir. Bu sıvı grubu kanı içerir.

İstikrarsız akışkanların ikinci grubu, özellikleri zamana bağlı olan Newton tipi olmayan akışkanları içerir. Bu sıvılar, tiksotropik (görünür viskozitesi zamanla azalır) ve reopektik (görünür viskozitesi zamanla artar) olarak alt bölümlere ayrılır.

Tiksotropik sıvılar, çalkalandığında viskozitesi azalan birçok boya, bazı gıda ürünleri (pıhtılaşmış süt, kefir, ketçap sosu, jelatin solüsyonları, mayonez, hardal, bal), sabun traş kremi vb. içerir.

Bentonit killerinin süspansiyonları ve bazı kolloidal çözeltiler reopektik akışkanlar olarak adlandırılabilir.

Üçüncü grup, viskoelastik veya Maxwellian akışkanları içerir. Bu akışkanların görünür viskozitesi, gerilmelerin etkisi altında azalır ve bu akışkanlar, akışkanların kısmen şeklini geri kazandıktan sonra. Bu sıvı türü, macun kıvamında bazı reçineler ve macunlar içerir.

1.4. Newton tipi olmayan akışkanların uygulanması

askeri üretimde

Bu sıvılar dünyada çok popüler. Amerika Birleşik Devletleri'nde, bu sıvılara dayanarak, Savunma Bakanlığı ordu için vücut zırhı üretmeye başladı (Ek. Şekil 4). Bu kurşun geçirmez yelekler, daha hafif olmaları ve daha kolay üretilmeleri nedeniyle, özellikleri bakımından normal olanlardan daha iyidir. Vücut zırhının yapıldığı malzemeye d3o denir. Aynı adı taşıyan Amerikan şirketi tarafından geliştirilen d3o malzemesi, Newtonian olmayan dilatant sıvılara aittir. Aslında, d3o iyi soğutulmuş bir karamel gibi davranır, sadece strese karşı daha hassastır.


Pirinç. d3o'dan 4 kurşun geçirmez yelek

D3o'ya hafifçe basarsanız, yani baskı kuvvetinde hafif bir artışla, elastiktir, lateks gibi, hamuru gibi topları ve sosisleri ondan yuvarlayabilirsiniz. Bununla birlikte, gerinim oranı gradyanındaki keskin bir artışla, parçacıklar arasındaki sürtünmeyi telafi etmek ve buna bağlı olarak, d3o'da anlık bir rijit yapı oluşmasının bir sonucu olarak, birbirlerine göre kaymalarını sağlamak mümkün değildir. , parçacıklar arasındaki zaten sıradan kuru sürtünme nedeniyle - viskozitede ani bir değişiklik sağlayan budur , malzemenin belirgin katılaşması. Böyle keskin bir yük kaldırılır kaldırılmaz d3o gevşeyecek ve tekrar yumuşak ve elastik hale gelecektir.

en son şu an başarılı "sıvı zırh" projesi, BAE Systems'in İngiliz şubesi tarafından oluşturuldu. Bileşimleri Shear Thickening Liquid (çalışma adı kurşun geçirmez krem) 2010 yılında ortaya çıktı ve kendi başına değil Kevlar levhalarla birlikte kullanılması planlanıyor. Açık nedenlerle, BAE Systems vücut zırhı için Newtonian olmayan sıvılarının bileşimini açıklamaz, ancak fiziği bilerek, belirli sonuçlar çıkarılabilir. Büyük olasılıkla, güçlü etkiler için en uygun viskozite özelliklerine sahip bazı maddelerin (maddelerin) sulu bir çözeltisidir. Shear Thickening Liquid projesinde nihayet deneyimli de olsa tam teşekküllü bir vücut zırhı yaratmaya gelindi. 30 katlı Kevlar yelek ile aynı kalınlığa sahip "sıvı" yelek, üç kat daha az sentetik kumaş katmanına ve yarı ağırlığa sahiptir. Koruma açısından, STL Jel Sıvı Vücut Zırhı, 30 katmanlı Kevlar ile hemen hemen aynı koruma özelliklerine sahiptir. Kumaş tabakalarının sayısındaki fark, Newton olmayan jelli özel polimer torbalarla telafi edilir. 2010 yılında, hazır bir prototip jel bazlı vücut zırhı üzerinde testler başladı. Bunun için deney ve kontrol numuneleri ateşlendi. 9x19 mm Luger kartuşunun 9 mm mermileri, bu kartuş için hazneye yerleştirilmiş çoğu ateşli silah türüne biraz benzeyen, yaklaşık 300 m / s namlu çıkış hızına sahip özel bir pnömatik toptan ateşlendi. Deneysel ve kontrol vücut zırhının koruma özellikleri yaklaşık olarak aynıydı.

Otomotiv endüstrisinde

Newtonian olmayan akışkanlar da otomotiv endüstrisinde kullanılmaktadır. Newton tipi olmayan sıvılara dayalı sentetik motor yağları, motor devrini artırarak viskozitelerini onlarca kat azaltırken motorlardaki sürtünmeyi azaltır.

Manyetik olarak ince dağılmış Newton olmayan sıvılar, bu doğa mucizesinin bir başka temsilcisi. Böyle bir sıvıya maruz kaldıklarında sentetik yağda asılı duran ince manyetit kristallerinden oluşurlar. manyetik alan, sıvı yoğunluğunu 100 kat arttırır, ancak yine de esnek kalır. Bu sıvılarda kullanılan en son teknolojiler taşıma ekipmanının veya mekanik makinelerin belirli unsurlarının amortismanı için.

Reolojik çalışmalar, uygulamalı hidrodinamik sorunları çözmeyi mümkün kılar - Newtonyen olmayan sıvıların boru hatları yoluyla taşınması, polimerlerin akışı, gıda ürünleri, Yapı malzemeleri işleme ekipmanında, sondaj sıvılarının oluşumlarda hareketi vb.

Yüzeylerinde adsorbe edilen ve adsorbanlarla hidrojen bağları oluşturabilen maddelerle (alkoller, daha yüksek yağ asidi, aminler). Süspansiyonlar, hidrolik sistemlerde, fren ve diğer cihazlarda ince filmler şeklinde bir çalışma sıvısı olarak kullanılır. dişli kutularında, burulma titreşim jeneratörlerinde vb.

Petrol endüstrisinde

Spesifik reolojik etkilerin kullanımı da pratik açıdan ilgi çekicidir. Bu nedenle, su ve yağ ürünlerine küçük polimer katkı maddeleri, türbülanslı akışta hidrolik direncin keskin bir şekilde azalması nedeniyle akışkana yeni reolojik özellikler verir (Toms etkisi).

Newton olmayan akışkanların bir takım özellikleri vardır. Örneğin, hafızaları vardır. Mesele şu ki, uzun moleküllerin yeniden düzenlenmesi için tipik olan süre, bir sıvının akışını gözlemleme süresini aşabilir. Akışın yeniden inşa etmek için zamanı yok, bir gecikme etkisi var, bu da bir hafıza etkisi anlamına geliyor. Newton olmayan akışkanların şaşırtıcı özellikleri. Boru içinde hareket eden sıvı, yüzeyine karşı bir sürtünme kuvveti yaşar ve bunun sonucunda kinetik enerji termal enerjiye dönüşür. Bu nedenle sürtünme kuvvetinin azaltılması önemli bir teknik problemdir. Görünüşe göre, sıvıya az miktarda polimer eklenmesi, sürtünme kuvvetini önemli ölçüde azaltır. Bu etki, uzun boru hatlarından petrol pompalarken kullanılır.

Yelken ve yangınla mücadelede

20 ppm kadar küçük bir polioks (uzun zincirli polimer), bir borudaki türbülanslı akışın sürtünme kuvvetini %50 oranında azaltabilir! 50'li yıllarda Amerikalı itfaiyeciler, jetin uzunluğu bir buçuk kat artarken, hortumdan akan sıvıya polimer katkı maddeleri eklemeye başladı. Yağlayıcılardaki polimer katkı maddeleri, takım tezgahlarının ve cihazların kaynağını arttırır. Pruvasının yanına küçük miktarlarda polimer solüsyonu enjekte ederek geminin hızını artırmak mümkündür. Yunusların ve denizlerin ve okyanusların diğer sakinlerinin de hidrodinamik sürtünmeyi azaltmak için Toms etkisini "kullandığına" dair bir hipotez var.

kozmetolojide

Kozmetiklerin cilde yapışmasını sağlamak için sıvı fondöten, dudak parlatıcısı, eyeliner, rimel, losyon veya oje olsun, viskoz yapılır. Her ürün için viskozite, amaçlanan amaca bağlı olarak ayrı ayrı seçilir. Örneğin dudak parlatıcısı, dudaklarda uzun süre kalabilecek kadar viskoz olmalıdır, ancak çok viskoz olmamalıdır, aksi takdirde onu kullananlar dudaklarında hoş olmayan bir şekilde yapışkan bir şey hissedeceklerdir. Kozmetiklerin seri üretimi, viskozite değiştiriciler adı verilen özel maddeler kullanır. Ev kozmetiklerinde aynı amaç için farklı yağlar ve mumlar kullanılmaktadır.

Duş jellerinde viskozite, kiri yıkayacak kadar uzun süre vücutta kalacak, ancak gereğinden fazla olmayacak şekilde ayarlanır, aksi takdirde kişi kendini tekrar kirli hissedecektir. Genellikle bitmiş ürünün viskozitesi kozmetik ürün viskozite değiştiriciler eklenerek yapay olarak değiştirilir.

En yüksek viskozite merhemlerde bulunur. Kremlerin viskozitesi daha düşüktür ve losyonlar daha az viskozdur. Bu sayede losyonlar, merhem ve kremlerden daha ince bir tabaka halinde cilt üzerinde durur ve cilt üzerinde ferahlatıcı bir etkiye sahiptir. Daha viskoz kozmetiklere kıyasla, yaz aylarında bile kullanımları hoştur, ancak daha sert ovulmaları ve ciltte uzun süre kalmadıkları için daha sık tekrar başvurmanız gerekir. Kremler ve merhemler, losyonlardan daha uzun süre ciltte kalır ve cildi daha fazla nemlendirir. Havada daha az nem olduğunda özellikle kışın faydalıdırlar. Soğuk havalarda, cilt kuruduğunda ve çatladığında, örneğin vücut yağı gibi ürünler çok faydalıdır - bu merhem ve krem ​​arasında bir şeydir. Merhemler çok daha uzun süre emilir ve onlardan sonra cilt yağlı kalır, ancak vücutta çok daha uzun süre kalırlar. Bu nedenle, genellikle tıpta kullanılırlar.

Alıcının bir kozmetik ürünün viskozitesini beğenip beğenmediği, gelecekte bu ürünü seçip seçmemesine bağlıdır. Bu nedenle kozmetik üreticileri, çoğu müşterinin sevmesi gereken optimum viskoziteyi elde etmek için çok çaba harcar. Aynı üretici, müşterilere bir seçenek sunmak için genellikle duş jeli gibi aynı amaç için farklı tatlar ve viskozitelerde bir ürün yapar. Üretim sırasında, viskozite standartlarını karşılamak için reçete kesinlikle takip edilir.

yemek yaparken

Yemeklerin sunumunu iyileştirmek, yiyecekleri daha iştah açıcı hale getirmek ve yemeyi kolaylaştırmak için pişirmede kıvamlı yiyecekler kullanılır. Soslar gibi yüksek viskoziteli ürünler, ekmek gibi diğer yiyeceklerin üzerine sürülmek için çok uygundur. Ayrıca yiyecek katmanlarını yerinde tutmak için kullanılırlar. Bir sandviçte bu amaçlar için tereyağı, margarin veya mayonez kullanılır - o zaman peynir, et, balık veya sebzeler ekmekten kaymaz. Salatalar, özellikle çok katlı salatalar, bu salataları formda tutmak için sıklıkla mayonez ve diğer kıvamlı sosları kullanır. en ünlü örnekler bu tür salatalar - bir kürk manto ve Olivier altında ringa balığı. Mayonez veya diğer kıvamlı soslar yerine zeytinyağı kullanırsanız, sebzeler ve diğer yiyecekler şeklini koruyamaz. Şeklini tutma özelliği ile viskoz ürünler tabakları süslemek için de kullanılır. Örneğin fotoğraftaki yoğurt ya da mayonez sadece kendilerine verilen şekilde kalmakla kalmıyor, üzerlerine yapılan süslemeleri de destekliyor. (Şek. 6)


Pirinç. 6. Bal Newtonyen olmayan bir sıvıdır

Eczanede

Tıpta, yüksek viskozite bir takım sağlık sorunlarına katkıda bulunduğundan, kan viskozitesini belirleyebilmek ve kontrol edebilmek gerekir. Normal viskoziteye sahip kanla karşılaştırıldığında, kalın ve yapışkan kan, kan damarlarında iyi hareket etmez, bu da organlara ve dokulara ve hatta beyne besin ve oksijen tedarikini sınırlar. Dokular yeterince oksijen almazsa ölürler, böylece yüksek viskoziteli kan hem dokulara hem de iç organlara zarar verebilir. Sadece vücudun oksijene en çok ihtiyaç duyan kısımları değil, aynı zamanda kanın en uzun süre geldiği kısımlar, yani uzuvlar, özellikle el ve ayak parmakları. Örneğin donma ile kan daha viskoz hale gelir, kollara ve bacaklara, özellikle parmak dokusuna yetersiz oksijen taşır ve ağır vakalarda doku ölümü meydana gelir.

2. Newton tipi olmayan akışkanların özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi

2.1. Anket sonuçları

Newton olmayan sıvıların varlığına ilişkin bilginin yaygınlığını açıklığa kavuşturmak için, çalışmanın yazarı, 7-11. sınıflardaki öğrenciler, MBOU "15 Nolu Ortaokul" öğretmenleri ve çalışanları arasında bir anket yaptı.

  1. Sizce bir insan suyun yüzeyinde yürüyebilir mi?
  2. Bir kişi başka bir sıvının yüzeyinde yürüyebilir mi?
  3. Evet ise, ne tür bir sıvıdır?

Ankete katılanların hiçbiri Newton tipi olmayan akışkanlar belirtmedi, bu da bu tür akışkanlar hakkında bilgi eksikliğini gösterir.

Ancak sezgisel olarak, ankete katılan okul çocuklarının %50'si bu tür sıvıların var olduğunu anladı ve katılımcıların %78'i bunun su olmadığından emin. Ankete katılan öğrencilerin %17'si, bir sıvının yüzeyinde nasıl hareket edilebileceğini ve ne olması gerektiğini anlamaya çok yakındır: çok hızlı hareket edin ve sıvı çok viskoz olmalıdır. Ve beklenmedik bir şekilde "jöle" cevabının gerçeğe çok yakın olduğu ortaya çıktı.

Yetişkinlerin anket anketinin sonuçları, okul çocuklarının sonuçlarıyla yaklaşık olarak aynı resmi gösterdi. Yetişkin katılımcıların çoğu, su ve diğer sıvıların üzerinde yürümenin imkansız olduğundan emindir (1 soruya verilen olumsuz yanıtların %73'ü ve ikinci soruya verilen yanıtların %60'ı). %27'si bu tür sıvıların var olduğunu varsayıyor: bunlar yüksek yoğunluklu viskoz sıvılardır.

Anketin sonuçları, bu çalışmanın sadece okul çocukları için değil, yetişkinler için de ilgi çekici olacağını ikna edici bir şekilde gösterdi. Fizik ve matematik okul haftasında araştırmanın sonuçlarıyla konuşmayı planlıyorum.

2.2. Nişasta sütü ile deneyler

Reaktifler: patates nişastası, su.

Gereçler: derin bardak, metal çubuk.

İlerlemek

Nişasta bir bardağa döküldü. Az miktarda su dökün ve metal bir çubukla karıştırın (kırılganlık nedeniyle cam çubuk uygun değildir). Nişastanın suya oranı yaklaşık 1x1'dir. Homojen bir sıvı kütle elde edilene kadar karıştırıldı.

  1. Parmağı yavaşça bardağa indirdiler, ters hareket sırasında sıvı ile kaplı kaldı.
  2. Sıvıya bir parmakla keskin bir şekilde vurdular, parmak içeriye girmeden tam olarak çözeltinin yüzeyinde durdu. Üst "zar"ı ne kadar hızlı ve güçlü kırmaya çalışırsanız, karşılığında o kadar fazla direnç elde edersiniz. Büyük bir tank yapıp nişasta çözeltisiyle doldurursanız böyle bir sıvının yüzeyinde yürüyebilirsiniz!
  3. Başparmak ve işaret parmağı sıvıya yavaşça indirilir, daha sonra hızla sıkıldığında parmaklar arasında sert bir yumru oluşur. Donmuş olan nişasta değil, özelliklerini gösteren Newtonyen olmayan bir sıvıdır.
  4. Tüm parmaklarımızı sıvıya daldırdık (kolay olmadığı ortaya çıktı, yavaşça batırmaları gerekiyordu) ve sonra parmaklarını bardaktan çektiler, parmaklar sıvıdan çekilemedi, sıvı yükseliyor Fincanla birlikte parmaklardan sonra!
  5. Nişasta çözeltisini bir kaptan diğerine döktük, daha yükseğe kaldırırken sıvının yukarıdan döküldüğünü ve altından sertleştiğini, topaklar halinde düştüğünü ve sonra yayıldığını gördük!
  6. Sıvının yüzeyine tahta bir kalas koydular, içine bir çivi serbestçe dövüldü. Bu işlem suda gerçekleşseydi, tahta çarpma anında batardı ve bir çivi çakmak mümkün olmazdı.
  7. Sulu bir nişasta çözeltisinden yuvarlanan toplar. Nişasta çözeltisi ele döküldü, avuç içinde bir su birikintisi içinde yatıyor. Hızlı hareketlerle çözeltiden bir top yuvarlandı. Topu yuvarlarken elimizde katı bir sıvı top olacak ve bunun üzerine ne kadar hızlı ve güçlü hareket edersek top o kadar yoğun ve sert olacaktır. Ellerimizi açar açmaz o zamana kadar sağlam olan top hemen elin üzerine yayılacaktır. Bunun nedeni, maruz kalmanın sona ermesinden sonra sıvının tekrar sıvı fazın özelliklerini almasıdır.
  8. Nişasta çözeltisi üzerinde ses efekti. Hoparlör hoparlörü yatay olarak yerleştirildi. Hoparlör hoparlörünün girintisine plastik bir sargı yerleştirildi. Nişasta çözeltisi depresyona döküldü. Sesi hoparlörden gönderdik. Gözlemledik: sıvının pürüzsüz yüzeyinde, sesin yüksekliğine ve frekansına bağlı olarak şeklini ve büyüklüğünü değiştiren rahatsızlıklar ortaya çıktı.

Bir dizi deneyden elde edilen sonuç: nişasta sütünün (Newton olmayan sıvı) viskozitesi, titreşim (ses) dahil olmak üzere mekanik etkilere bağlıdır. Maruz kalma oranı ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar yüksek olur.

2.3. "Kaye etkisi"ni gözlemlemek

1963'te İngiliz mühendis Alan Kaye, Newton olmayan akışkanlar temelinde deneyler yaptı ve gözlemledi. ilginç fenomenler... Bilim adamı, küçük bir yükseklikten aynı sıvıya veya aynı yoğunluk ve viskoziteye sahip bir sıvıya bir sıvı dökülürse, damlama sıvının içinde çözülmediğini, ancak olduğu gibi kendi kendine geri döndüğünü fark etti. Bu fenomene "Kaye etkisi" (veya "Kaye etkisi") adı verilmiştir.

Reaktifler: bir şişede şampuan.

Tencere: derin geniş kap, metal plaka.

İlerlemek

  1. Fincanı düz bir yüzeye yerleştirdik ve şampuanı 3 cm'lik bir tabaka halinde döktük.
  2. Şişeden şampuan, kabın yüzeyinden 20-25 cm yükseklikten ince bir akışla bardağa döküldü. Sıvı 20 cm yükseklikten benzer bir sıvıya düştüğünde, aşağıya düşen sıvının aşağıdaki sıvının yüzeyinden sıçramaya başladığını gözlemledik. Damlamanın düştüğü yerde küçük bir tüberkül oluşur. Damlama geri teptikten sonra tüberkül kaybolur. Etkisi çok kısa sürdü. Bu fenomenin sıvının viskozitesinden kaynaklandığı biliniyor, ancak oluşumunun kesin nedenleri henüz net değil. Bu etki için çeşitli açıklamalar bulunmuştur.
    1) Sıvıda bir sıçrama, sıvının yüzeyine çarptığı anda akışın viskozitesindeki keskin bir değişiklikten kaynaklanabilir. Kay etkisinin gözlemlendiği sıvılar tiksotropiktir, yani kayma deformasyonu etkisi altında viskoziteleri azalır. Düşen damlamada sıvının viskozitesi oldukça yüksektir. Sıvı yüzeydeki bir tümseğe çarptığında, hızdaki ani değişim büyük kayma deformasyonlarına yol açar ve sıvının viskozitesi düşer. Ayrıca sıvı elastik olduğundan, damlama tüberkülden sıçrar.
    2) Kaptaki sıvının içine nüfuz eden damlama, bir kinetik enerji stoğu taşır ve sıvının yoğunluğu ve viskozitesi yüksek olduğundan ve enerjinin korunumu yasasına göre, dengeli bir sisteme verilen kinetik enerji gitmelidir. bir yerde ve aynı sıvı damlasını vur.
    3) Aşağıya doğru düşen bir sıvı jeti, üst tabakanın yüzey gerilimini geçemez ve yana doğru sıçrar.
    Damlamanın altına yaklaşık 45 ° 'lik bir açıyla metal bir plaka koyarsanız ve aynı şampuanla nemlendirirseniz, aşağı düşen damla eğimli bir yol boyunca düşecek ve plakadan birkaç kez sıçrayacaktır.

2.4. "Akıllı hamuru" (veya handgam) ile deneyler

Reaktifler: "akıllı hamuru" (veya "el oyunu").

Ekipman: plastik veya metal boru, çekiç.

İlerlemek

  1. "Akıllı hamuru" rakamların yayılması. "Akıllı hamuru" (veya handgam) bir heykelcik kalıplandı. İzledik: heykelcik hızla “yüzer”, şeklini kaybeder ve yayılır.
  2. "Akıllı hamuru" akışkanlığı. "Akıllı hamuru" elde tutulursa yavaşça akmaya başlar.
  3. "Akıllı hamuru" şişmesi. İçinden itildiği tüpten çıkan bir sıvı hacim olarak genişleyebilir mi? Bu çoğu sıvıda olmaz - borudan çıkıştaki jetlerinin çapı borunun iç çapına eşittir. Ancak "akıllı hamuru" veya silikon macun bu açıdan bir istisnadır. Hamuru bir tüpe (şırınga) sıkıca doldurdular, bir süre orada tuttular ve ardından tüpün içinden itmeye başladılar. Gözlenen: Macun tüpten "sürünerek" çıkar çıkmaz hacmi gözle görülür şekilde arttı. Viskoz bir elastik sıvı boruyu terk ettiğinde, içinde var olan iç gerilmeler ortadan kalkar ve böylece genişler.
  4. "Akıllı hamuru" ve "atlayan" hamuru kırmak.
    1. Bir çekiçle "akıllı hamuru" yapılmış bir çubuğa (güçlü ve keskin bir şekilde) vurdular, kırılmış gibi küçük parçalar uçtu.
    2. Masanın üzerine hamuru yapılmış bir top atıldı - lastik olandan daha iyi sıçradı, ancak böyle bir top bir süre yattıktan sonra yavaş yavaş düzleşti (yayıldı).
    Açıklama. Bu deney, Newton tipi olmayan bir sıvının elastik tepkisini gösterir. Akıllı hamuru çok yüksek bir viskoziteye sahiptir, ancak stresler yavaş uygulandığında viskozitesi düşer. Keskin kesme gerilmelerinde malzeme çok elastik hale gelir.

2.5. Weissenberg etkisinin gözlemlenmesi

Dönen bir çubuk kendi ekseni boyunca sabit bir camda suya indirilirse, cam duvarların yakınındaki su yüzeyi merkezkaç kuvvetinin etkisi altında yukarı doğru bükülür. Bununla birlikte, Newton olmayan sıvılar farklı davranır.

Reaktifler: yumurta akı.

çanak çömlek: cam

Ekipman: el matkabı, metal çubuk.

İlerlemek

  1. Yumurta akı bir bardağa ayrıldı.
  2. Bir el matkabına sabitlenmiş dönen bir çubuk proteine ​​daldırıldı, protein garip bir şekilde davrandı: duvarlara tırmanmak yerine (suda olduğu gibi), çubuğun üzerinde süründü. Bu fenomene Wessenberg etkisi denir. Açıklama. Viskoz bir elastik akışkan döndüğünde, bir tabakanın diğerine göre kayması, akışkanın dış sınırı boyunca, akışkanı dönme merkezine doğru toplama eğiliminde olan gerilimler yaratır. Bu gerilimler normal ("Newton") sıvılarda oluşmaz. Deneyimizde, bu gerilmelerin etkisi altında sıvı dönme ekseninde toplanır ve çubuktan yukarıya doğru yükselir.

2.6. viskoz sıvı akışı

Reaktifler: yoğunlaştırılmış süt (veya bal, sıvı çikolata).

Yemekler: tabak.

İlerlemek

  1. Yoğunlaştırılmış süt, bir teneke kutudan 5 ila 20 cm yükseklikten bir tabağa döküldü.
  2. Gözlemledik: plakadan belirli bir mesafede, bir sıvı akışı halkalar halinde bükülmeye veya kıvrımlara katlanarak bir “sıvı ip” oluşturmaya başlar.
    Bu tür halkalar neden ortaya çıkıyor?
    Açıklama. Plakadaki aynı sıvının yüzeyine düşüp çarptığında, damlama sıkıştırılır, bu da yana doğru bükülmesine neden olur. Bu koşullar altında damlama kopamaz; bu nedenle, düşen sıvının miktarı, aşağıdaki sıvının hemen emebileceğinden daha fazlaysa, damlama kıvrılmaya başlar.
    "Sargı" oluşumunun çapının ve hızının, damlama kalınlığı tarafından belirlendiği bulundu: damlama ne kadar kalınsa, halkalar veya kıvrımlar ne kadar büyükse, "sarım" o kadar yavaş gerçekleşir.

2.7. Tiksotropik margarin.

Reaktifler: margarin, bir parça ekmek.

ekipman: bıçak.

İlerlemek:

  1. Margarini ekmeğin üzerine yayın.
  2. İzliyoruz. Margarin bir bıçağın etkisi altında bulaşır, artan yük ile viskozitesi azalır. Margarin, tiksotropik bir sıvı örneğidir.
    Açıklama. Bir akışkanın viskozitesinin kayma deformasyonu ile neden azaldığına dair temel bir açıklama henüz mevcut değildir. Bunun temel nedeni, kesme etkisi altında sıvının moleküler konfigürasyonundaki değişiklik olarak kabul edilir. Örneğin, uzun moleküller kayma akış çizgileri boyunca yönlendirilebilir. Sonuç olarak, viskozite azalır. Kesme kaldırıldığında, moleküller önceki yönelimlerine döner ve viskozite artar.

2.8. Özellikleri kaydetme

Newton olmayan bir sıvının önemli bir dezavantajı vardır: sıvı, ondan su buharlaştığında özelliklerini kaybeder. Bir çalışma yaptım, bunun sonucunda ortam sıcaklığına bağlı olarak özelliklerin 2-5 gün sürdüğünü öğrendim.

Bu, yollardaki deliklerin geçici olarak ortadan kaldırılması için yeterlidir.


Pirinç. 7. Newton tipi olmayan sıvı üzerinde yürümek

Yol onarımında Newton tipi olmayan sıvı kullanımı

Çukur sorunları birçok alanda yaygındır. Sorun özellikle ilkbaharda - kar eridikten sonra fark edilir hale gelir. var büyük miktar siteler ve sayfalar sosyal ağlar araç sahiplerinin yolların kalitesinden şikayet ettiği yerler. Ancak asıl mesele şikayet etmek değil, sorunu çabucak çözmektir. Ancak sorun her zaman hemen çözülemez: ilkbaharda, kar tamamen erimediğinde, küçük yerleşim yerlerinde veya ana olmayan yollarda, avlularda veya farklı yerlerinde çok sayıda delik olması durumunda. şehir. (Şekil 8)


Pirinç. 8. Yollardaki çukurlar

Taşıt yolunun yüzeyinde çökme, çukurlar veya hareketi engelleyen diğer hasarlar olmamalıdır. Araç Yol Kurallarının izin verdiği hızda. (s. 3.1.1. GOST R 50597-93)

Kaplamada izin verilen maksimum hasar ve bunların ortadan kaldırılmasına ilişkin şartlar tabloda verilmiştir.

Notlar (düzenle)

  1. Yay dönemine ait hasar değerleri parantez içinde verilmiştir.
  2. Hasarın giderilmesi için son tarihler, belirli iş türleri için SNiP 3.06.03'te verilen hava ve iklim koşullarına göre belirlenen inşaat sezonu için belirtilmiştir.

Bireysel çökme, çukurlar vb. boyutları sınırlayın. 15 cm uzunluğunda, 60 cm genişliğinde ve 5 cm derinliğinde olmamalıdır.

Yol yüzeyini Newton tipi olmayan sıvıyla doldurulmuş su geçirmez torbalarla yamalamayı öneriyorum. Üzerine dış kuvvetler etki etmediğinde sıvı gibi akar, ancak büyük kütleli (veya önemli bir hızda hareket eden) bir cisimle uğraşmak zorunda kaldığında katı bir şeye dönüşür.

Bu yöntem, ana özelliği ile ayırt edilir - düşük maliyet. Böyle bir "yol yamasında" kırılacak hiçbir şey yoktur ve alttaki yüzey üzerindeki yükün dağılımı ideale (sıradan asfalttan daha iyi) ve sıvılardaki dağılıma mümkün olduğunca yakın olma eğilimindedir. Su geçirmez bir çantada olduğu için yağmur bu yamayı yıkamaz. Ve elbette arabanın tekerlekleri hiçbir şey yapamayacak: yama torbasından tek bir parçacık ayrılamaz. (Şek. 9)


Pirinç. 9. Çukurda Torba

Çözüm

Çalışma sonucunda Newton olmayan akışkanların bazı özellikleri hakkında fikir sahibi olunmuştur. Viskozitenin gerinim hızına bağımlılığı şeklinde sıradan Newton sıvılarından farklıdırlar: Newton sıvıları için bu doğru orantılıdır ve Newton olmayan sıvılar için daha karmaşıktır, güç yasası, dolayısıyla özelliklerindeki farklılık. Newtonyen olmayan akışkanların yaygınlığı hakkında bir fikir elde edildi: Bu tür akışkanların her yerde bulunduğu ve uygulama alanlarının oldukça geniş olduğu ortaya çıktı.

Newtonian olmayan sıvılar, sıradan sıvıların yasalarına uymazlar, bu sıvılar, fiziksel kuvvete ve yalnızca mekanik harekete değil, hatta ses dalgalarına maruz kaldıklarında yoğunluklarını ve viskozitelerini değiştirirler. Sıradan bir sıvıya mekanik olarak etki ederseniz, üzerindeki etki ne kadar büyük olursa, sıvının düzlemleri arasındaki kayma o kadar büyük olur, başka bir deyişle sıvı üzerindeki etki o kadar güçlü olursa, sıvı o kadar hızlı akar ve şeklini değiştirir. Newtonyen olmayan bir akışkana mekanik kuvvetlerle etki edersek, tamamen farklı bir etki elde ederiz, akışkan katıların özelliklerini almaya ve katı gibi davranmaya başlar.

Newtonyen olmayan bir sıvının evde yapılabileceğini kanıtladım. Ortaya çıkan sıvı ele dökülebilir ve topu yuvarlamaya çalışabilir, sıvının üzerine etki ederken, biz topu yuvarlarken elimizde katı bir sıvı top olacak ve onun üzerinde ne kadar hızlı ve güçlü hareket edersek, topumuz daha yoğun ve daha sert olacaktır. Ellerimizi açar açmaz o zamana kadar sağlam olan top hemen elin üzerine yayılacaktır. Bunun nedeni, maruz kalmanın sona ermesinden sonra sıvının tekrar sıvı fazın özelliklerini alması olacaktır.

Çalışmanın başlamasından önce sorulan sorunlu soruya bir cevap alındı: bir kişi Newton olmayan sıvıların yüzeyinde, özellikle sulu bir nişasta çözeltisinin yüzeyinde ve Newton olmayan sıvının yüzeyinde yürüyebilir. Yollardaki çukurların geçici olarak giderilmesi için rezervuarlar kullanılabilir.

Çalışmanın hipotezi doğrulandı: Yüzeyde bir kişinin yürüyebileceği, bir arabanın sürebileceği sıvılar var - bunlar Newton olmayan sıvılardır, bunlar su gibi değil, özel özelliklere sahip sıvılardır.

Çalışmanın amacına ulaşılmıştır: Newtonyen olmayan sıvıların bazı özellikleri teorik ve deneysel yöntemlerle araştırılmış ve özellikleri netleştirilmiştir.

Araştırma sırasında aşağıdaki görevler çözüldü:

  1. Newton olmayan akışkanların tanımları ve açıklamaları bilgi kaynaklarında bulunur.
  2. Son sınıf öğrencileri ve yetişkinler arasında, ankete katılanların Newtonyen olmayan sıvılar hakkında farkındalık eksikliğini ortaya çıkaran bir anket yapıldı.
  3. Makale, Newton olmayan akışkanların bazı özelliklerini ve Newtonian akışkanlardan farklılıklarını açıklar ve sınıflandırmalarını verir.
  4. Newton olmayan sıvıların bizi her yerde çevrelediği bulundu, hiç de nadir ve egzotik değiller. Newton olmayan bir sıvının kendi kendine üretimi için sulu bir nişasta çözeltisi çok uygundur.
  5. Çalışma sırasında, Newton olmayan akışkanların bazı özelliklerinin fotoğraflarla deneysel bir çalışması yapıldı.
  6. Araştırma sonucunda incelenen konuyla ilgili fizik derslerinde ek materyal olarak kullanılabilecek bir multimedya sunumu oluşturulmuştur.

Newton tipi olmayan bir akışkanın özelliklerine dayanarak, birkaç tane önermek istiyorum. onu kullanmanın yolları.

  1. Kırılabilir cam eşyaların (cam, tabaklar, Noel süsleri ve benzeri.)
  2. Newtonyen olmayan sıvıların sporcular için koruyucu ekipmanların (dizlikler, dirseklikler, kasklar vb.) imalatında kullanımı ve ayrıca küçük çocuklara yürümeyi öğretmede kullanımı.
  3. Yol yüzeyini Newton tipi olmayan sıvıyla doldurulmuş su geçirmez torbalarla yamalamayı öneriyorum. Üzerine hiçbir dış kuvvet etki etmediğinde sıvı gibi akar, ancak bir araba tekerleği üzerinde döner dönmez anında asfalt gibi katı bir maddeye dönüşür.

Newton ve Newton olmayan akışkanlar, son zamanlarda sadece bilim adamları arasında değil, aynı zamanda sıradan insanlar... Bunun nedeni, Newtonian olmayan bir sıvının elle kolayca yapılması ve ev deneyleri için uygun olmasıdır. Başlamak için, ne tür maddeler olduğunu bulalım. Newton sıvısı, Newton'un viskoz sürtünme yasasına uyar, bu yüzden adını almıştır. Bu yasaya göre, sıvının katmanlarının temas düzlemlerindeki teğetsel gerilim, sıvının bu düzlemlere dik yön boyunca akış hızının türeviyle doğru orantılıdır.

Kulağa oldukça karmaşık geliyor, ancak Newton sıvısının su, yağ ve günlük kullanımda alıştığımız sıvı maddelerin çoğu, yani ne olursa olsun kümelenme durumunu koruyan maddeler olduğunu söylersek okuyucu daha anlaşılır olacaktır. onlarla yaparsınız (tabii buharlaşma veya donma hakkında konuşmuyorsak). Ancak yukarıdaki tanımda açıklanan bağımlılık ters orantılıysa Newtonyen olmayan bir akışkandan bahsedebiliriz.

Böyle bir sıvı her zaman homojen değildir, içinde toplanan büyük moleküller içerir. kristal kafesler bu nedenle, viskozite doğrudan bileşiğin akış hızına bağlıdır. Hız ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar yüksek olur. Kısmen, bu tür maddeler, örneğin macun veya çikolata gibi zamanla viskoziteyi değiştiren tiksotropik sıvıları içerir. Ayrıca, bazı bilim adamları kanı Newton'un viskoz sürtünme yasalarına göre hareket etmeyen bir madde olarak görmeye meyillidir, çünkü homojen olmayan bir sıvıdır, plazma ve birçok kan hücresinin bir süspansiyonudur. Herhangi bir doktor bunun siteden siteye değişebileceğini onaylayacaktır. dolaşım sistemi, bu genellikle bir patolojidir. Bununla birlikte, prensipte her madde bu tür metamorfozlara muktedir değildir.

Evde çok kolay pişirilebilir. 1,5 kısım nişasta (ideal olarak mısır nişastası, ancak patates nişastası yapacaktır) ve bir kısım su almanız gerekir. Malzemeler topak kalmayacak şekilde yavaş yavaş karıştırılmalıdır. İdeal olarak, bir fırın tepsisine oldukça ince bir tabaka halinde yayın, ancak elbette herhangi bir etkileşim yaşayabilirsiniz. Sıvıyı parmaklarınızla hızlı bir şekilde "tırmıklamaya" çalışın, katılaşmış plastik bir kütle gibi görünecek ve hissedecektir. Parmaklarınızı gevşetin ve sıvı boşalacaktır. Newton sıvısı bu tür hileler yapamaz! Maddeyi bir avuç içine koyabilir ve fırlatmaya başlayabilirsiniz. Çok yakında viskoz ve plastik hale gelecek ve bu nedenle sanki avuçlarınızda dans edecek - bu çok ilginç bir manzara! Sıvıyı bir topak haline getirin, elastik ve hoş olacak ve avucunuzu gevşetirseniz yayılacaktır. Çocuklarla oynamak için boya eklemek ilginç. Bazıları daha ileri gider ve hatta Newton olmayan bir sıvı üzerinde çalışmayı, üzerinde nesneleri yuvarlamayı vb. Dener, ancak bu tür deneyler için elbette ev deneylerinden çok daha fazla malzemeye ihtiyaç vardır. Birçok video raporu bulabilir ve fiziğin büyüleyici dünyasını keşfetmeye devam edebilirsiniz.