Newtoni és nem newtoni folyadékok. Játék - nyálka készítése

Még akkor is, ha sétálsz vagy . Nem számít, milyen erő hat a vízre, olajra vagy tejre, azok továbbra is megtartják folyadékukat, legyen az keverés, öntés stb. fizikai hatás.

Egy másik dolog nem newtoni. Különlegességük abban rejlik, hogy folyadékuk áramának sebességétől függően ingadozik. Nem newtoni folyékony könnyen beszerezhető a víz étkezési burgonya/kukoricakeményítővel való összekeverésével.

Források:

• nem newtoni folyadék hogyan kell csinálni

A közönséges folyadékok szétterülnek, csillognak és könnyen áteresztők. De vannak olyan anyagok, amelyek függőleges helyzetet vehetnek fel, és még az ember súlyát is elviselik. Ezeket nem-newtoni folyadékoknak nevezik.

Vannak emulziók, amelyek viszkozitása változó és a deformáció sebességétől függ. Sok olyan felfüggesztést fejlesztettek ki, amelyek tulajdonságai ellentmondanak a hidraulika törvényeinek. Használatuk kapott széles körben elterjedt a vegyiparban, a feldolgozásban, az olajban és a modern ipar egyéb ágaiban.

Ide tartozik a szennyvíz, fogkrém, folyékony szappan, fúrófolyadék stb. Ezek a keverékek általában heterogének. Nagy molekulákat tartalmaznak, amelyek képesek komplexet képezni térszerkezetek. Ez alól kivételt képeznek a burgonya- vagy kukoricakeményítővel elkészítettek.

Nem newtoni folyadék készítése házilag

Az emulzió elkészítéséhez vízre lesz szüksége. Általában az összetevőket használják egyenlő részek, de néha az arány 1:3 a víz javára. Keverés után a kapott folyadék konzisztenciájában hasonló a zseléhez, és érdekes tulajdonságokkal rendelkezik.

Ha lassan beleteszel egy tárgyat egy emulziós edénybe, az eredmény olyan lesz, mintha festékbe merítené. Jól hintázva és ököllel ütve a keveréket észreveheti annak tulajdonságaiban bekövetkező változásokat. A kéz úgy fog visszahátrálni, mintha szilárd anyaggal ütközne.

kiömlött nagy magasságban Az emulzió a felülettel érintkezve csomókban halmozódik fel. A patak elején úgy fog folyni, mint egy közönséges folyadék. Egy másik kísérlet az, hogy lassan helyezze be a kezét a kompozícióba, és élesen nyomja meg az ujjait. Kemény réteg képződik közöttük.

A kezét a csuklóig helyezheti a felfüggesztésbe, és megpróbálhatja élesen kihúzni. Hatalmas esély van arra, hogy az emulziót tartalmazó tartály a kezével felemelkedik.

Egy nem-newtoni folyadék jellemzőinek felhasználása iszap létrehozására

Az elsőt 1976-ban hozták létre. Szokatlan tulajdonságai miatt óriási népszerűségre tett szert. A nyálka ugyanakkor rugalmas, folyékony és képes volt folyamatosan átalakulni. Az ilyen tulajdonságok miatt a felnőttek körében óriási a kereslet a játék iránt.

Futóhomok - a sivatag nem newtoni folyadéka

Azonnal rendelkeznek a szilárd anyagok tulajdonságaival és folyékony testek a homokszemcsék szokatlan konfigurációjának köszönhetően. A futóhomok alatt elhelyezkedő vízáramlás laza homokszemréteget korbácsol fel, mígnem a fenékre tévedt utazó tömege össze nem omlik a szerkezet.

A homok újra eloszlik, és elkezdi szívni az embert. A saját erőből való kijutási kísérletek a levegőhöz vezetnek, titáni erővel húzzák hátra a lábakat. A végtagok kioldásához szükséges erő ebben az esetben összemérhető a gép súlyával.

Futóhomok sűrűsége nagyobb sűrűség talajvíz. De nem lehet bennük úszni. A megnövekedett páratartalom miatt a homokszemcsék viszkózus anyagot képeznek.

Minden mozgási kísérlet erős ellenállást vált ki. A kis sebességgel mozgó homoktömegnek nincs ideje kitölteni az elmozdult tárgy mögött kialakuló üreget. Vákuum képződik benne. Hirtelen mozdulatokra reagálva megkeményedik. A futóhomokban való mozgás csak akkor lehetséges, ha az nagyon simán és lassan történik.

A newtoni folyadék minden olyan folyékony anyag, amelynek állandó viszkozitása van, függetlenül a rá ható külső feszültségtől. Az egyik példa a víz. A nem newtoni folyadékok viszkozitása megváltozik, és közvetlenül függ a mozgás sebességétől.

Mik azok a newtoni folyadékok?

A newtoni folyadékok példái a szuszpenziók, szuszpenziók, gélek és kolloidok. Az ilyen anyagok fő jellemzője, hogy a viszkozitásuk állandó, és nem változik a deformáció sebességéhez képest.

Az alakváltozási sebesség az a relatív feszültség, amelyet a folyadék mozgása során tapasztal. A legtöbb folyadék newtoni, és a Bernoulli-féle lamináris és turbulens áramlásokra vonatkozó egyenletek alkalmazhatók rájuk.

Feszülési sebesség

A nyírásra érzékeny folyadékok folyékonyabbak. A nyírási sebesség vagy az anyag és az edény falai közötti rés általában nem befolyásolja nagymértékben ezt a paramétert, és elhanyagolható. Az alakváltozási sebesség értéke minden anyagra ismert, és táblázatos érték.

Egyes esetekben azonban változhat. Például, ha a folyadék egy emulzió, amelyet fotófilmre visznek fel, akkor még a kisebb hibák is foltokat okozhatnak, és végtermék nem rendelkeznek a szükséges tulajdonságokkal.

Különféle folyadékok és azok viszkozitása

Newtoni folyadékokban a viszkozitás független a nyírási sebességtől. Néhányuknak azonban a viszkozitása idővel változik. Ez a tartályban vagy a csőben bekövetkező nyomásváltozásokban nyilvánul meg. Az ilyen folyadékokat dilatánsnak vagy tixotrópnak nevezik.

A látens folyadékok esetében a nyírófeszültség mindig növekszik, mivel viszkozitásuk és a nyírási sebesség növekedése egymással összefügg. A tixotróp folyadékok esetében ezek a paraméterek kaotikusan változhatnak. Az alakváltozási sebesség nem nőhet gyorsan a viszkozitás csökkenésével. Ezért az anyagrészecskék mozgási sebessége növekedhet, csökkenhet vagy változatlan maradhat. Minden a folyadék típusától függ. Az igénybevétel mértéke azonban csökkenő tendenciát mutat. Ez azt jelenti, hogy ez is csökkenni fog az anyag mozgási sebességével. Más szavakkal, a folyadék viszkózusnak indul, de amint elkezd mozogni, kevésbé viszkózus lesz. Ez azt jelenti, hogy kevesebb energiára van szükség a szivattyúzáshoz.

A szivattyúmotor teljesítményének figyelmen kívül hagyása jelenség. Ezt az értéket általában mozgásra számítják. A gyakorlatban sokkal erősebb motorra van szükség ahhoz, hogy az anyag mozogjon. A ketchup az egyik példa erre a jelenségre. Ezért meg kell rázni az üveget, hogy elkezdjen folyni. Ha a folyamat elkezdődött, gyorsabban halad tovább.

Mindenki tudja, hogy minden folyadék szétterül. De vannak olyan anyagok, amelyek függőleges helyzetet foglalhatnak el, és akár ellenállnak is emberi súly. Különbözőek heterogén szerkezetés nem newtoni folyadékoknak nevezzük. Szeretné meglepni gyermekét vagy vendégeit? érdekes kísérletek? Készítsen saját nem newtoni folyadékot otthon.

Nem newtoni folyadék készítése otthon – első módszer

Készít hideg víz, egy mély tál és egy csomag keményítő - burgonya vagy kukorica. Főzési mód:

• öntsük a keményítőcsomag negyedét egy tálba;
• lassan öntsünk fél pohár vizet egy tálba. Keverjük össze. Adjunk hozzá festéket a vízhez, és kapjunk színes masszát;
• folytassuk a keményítő öntését a tálba, és apránként öntsük fel a vizet, amíg zseléhez hasonló massza ki nem jön;
• A keveréket simára keverjük. A legjobb, ha kézzel keverjük össze;
• öntse a kapott folyadékot egy sütőedénybe vagy más edénybe. Keverjük fel mutatóujj körben - eleinte lassan és fokozatosan gyorsítsa fel a mozdulatokat. Szokatlan anyagot alkottál.

Sok időt vesz igénybe a keverés, amíg a folyadék sűrűvé válik. A vizet és a keményítőt egyenlő arányban használjuk, de gyakran több vízre van szükség. A keményítő hozzáadásával a folyadék sűrűvé válik. Fehér, viszkózus masszát kapsz, amit a tenyeredbe önthetsz.

Nem newtoni folyadék készítése otthon - második módszer

Készít:

• ¾ evőkanál. víz és fél pohár külön-külön;
• 1 evőkanál. PVA ragasztó;
• 2 evőkanál. kanál bórax.

Öntsön 3/4 csésze vizet egy mély tányérba, és helyezzen oda ragasztót. Jól keverjük össze. Egy másik tálban keverjünk össze fél pohár vizet bóraxszal. Addig keverjük, amíg a bórax teljesen fel nem oldódik. Keverje össze a két oldatot egy edényben, és jól keverje össze. Ha szükséges, adjon hozzá színezőanyagot a főzés során. A nem newtoni folyadékot tegyük egy zacskóba, kössük le és gyúrjuk össze a masszát. Tárolja az anyagot hűtőszekrényben, és szükség szerint mutassa be tulajdonságait.

Ehető, nem newtoni folyadék készítése otthon

Kényeztesse gyermekeit ehető, nem newtoni folyadékkal. Öntsön egy doboz sűrített tejet a serpenyőbe. Helyezze a tűzhelyet alacsony lángra, és adjon hozzá egy evőkanál keményítőt. Lassan keverjük és főzzük a folyadékot, amíg besűrűsödik. Kapcsolja ki a tűzhelyet, és adj hozzá ételfestéket a sűrített keverékhez, és keverd össze. Helyezze a serpenyőt az ablakpárkányra, hogy kihűljön. A gyerekek játszhatnak az édes masszával vagy elfogyaszthatják. De kérje meg őket, hogy legyenek óvatosak, a folyadék foltokat hagy a ruhákon.

Hogyan készítsünk otthon nem newtoni folyadékot - érdekes kísérletek

• tárcsa egy teli kéz folyadékot és golyót formázunk belőle. Emlékezz és szorítsd a kezedbe. Ha gyorsan görgeti a labdát, a massza megkeményedik. Ha lassan forgatod, a folyadék szétterül a kezedben.
• Helyezze a kezét a folyadékba, és próbálja élesen kinyújtani a karját. A kezed a masszába ragad, és felemeli a folyadékkal töltött tálat a levegőbe;
• Lassan engedje le a kezét a folyadékba, és élesen nyomja meg ott az ujjait. Látni fogja, hogy kemény réteg jelent meg az ujjak között;
• Tenyerével erősen csapja be a folyadékot tartalmazó tányért. A nézők szétszélednek az oldalakon, nehogy beszennyeződjenek. De a szokatlan folyadék a tálban marad;
• öntse az anyagot egyik tartályból a másikba. Látni fogja, hogy a folyadék felülről ömlik, alul megfagy.

Otthon készült nem newtoni folyadékot sehol nem használnak. Szórakoztatásra készült. Próbálj meg vele valami újat kitalálni, alkotni és kitalálni. A gyerekek szeretik az ilyen típusú kísérleteket!

A legtöbb folyadék esetében (víz, kis molekulatömegű szerves vegyületek, valódi oldatok, olvadt fémek és sóik) a viszkozitási együttható csak a folyadék természetétől és a hőmérséklettől függ. Az ilyen folyadékokat ún newtoniés a bennük keletkező belső súrlódási erők Newton törvényének (11. képlet) engedelmeskednek.

Egyes folyadékok, túlnyomórészt nagy molekulatömegűek (például polimer oldatok) vagy diszperziós rendszerek (szuszpenziók és emulziók),  az áramlási rendszertől is függ - nyomásÉs sebesség gradiens. Ezek növekedésével a folyadék viszkozitása csökken a folyadékáramlás belső szerkezetének megzavarása miatt. Viszkozitásukat az úgynevezett feltételes viszkozitási együttható jellemzi, amely bizonyos folyadékáramlási viszonyokra (nyomás, sebesség) utal. Az ilyen folyadékokat ún szerkezetileg viszkózus vagy nem newtoni.

1.4. Viszkózus folyadék áramlása. Poiseuille képlete.

A vérkeringés tanulmányozása során a francia orvos és fizikus Poiseuille arra jutott, hogy kvantitatív módon írja le a viszkózus folyadékáramlás folyamatait általában. Az általa erre az esetre felállított minták fontosak a hemodinamikai jelenségek lényegének megértéséhez és mennyiségi leírásához.

Poiseuille felfedezte, hogy a folyadék viszkozitása a kapilláris csövön átáramló folyadék térfogatából határozható meg. Ez a módszer csak lamináris folyadékáramlás esetén alkalmazható.

Hagyja a végén egy függőleges kapilláris cső hosszúságú lés sugár Rállandó nyomáskülönbség jön létre. Válasszunk ki egy sugarú folyadékoszlopot a kapillárison belül rés magasság h. A belső súrlódási erő ennek az oszlopnak az oldalsó felületére hat:

Rizs. 6 A Poiseuille-képlet levezetésének sémája.

Ha r 1 És r 2 - nyomás a felső és az alsó szakaszon, akkor ezekre a szakaszokra ható nyomóerők egyenlőek lesznek:

F 1 = p 1  r 2 És F 2 = p 2  r 2 .

A gravitációs erő az F zsinór = mgh=  r 2 gl.

Folyamatos folyadékmozgással, Newton második törvénye szerint:

F tr + F nyomás + F zsinór =0,

Ezt figyelembe véve (o 1 -r 2 ) = p,dv egyenlő:

Integráljunk:

Az integrációs állandót abból a feltételből találjuk meg, hogy mikor r= R sebesség v=0 (a közvetlenül a csővel szomszédos rétegek mozdulatlanok):

A folyékony részecskék sebessége a tengelytől való távolságtól függően egyenlő:

A cső egy bizonyos szakaszán átfolyó folyadék térfogata a sugarak hengeres felületei közötti térben rÉs r+ dr időben t, a képlet határozza meg dV=2  rdrvt vagy:

A kapilláris keresztmetszetén átáramló folyadék teljes térfogata t idő alatt:

(19)

Abban az esetben, ha figyelmen kívül hagyjuk a folyadék gravitációját (vízszintes kapilláris), a kapilláris keresztmetszetén átáramló folyadék térfogatát a Poiseuille-képlet fejezi ki:

(20)

A 20-as képlet átalakítható: a kifejezés mindkét oldalát elosztjuk a t lejárati idővel. A bal oldalon a térfogati folyadék áramlási sebességét kapjuk K (az egységnyi idő alatt egy szakaszon átáramló folyadék mennyisége). Méret 8  l/ 8  R 4 által jelöljük X... Ekkor a 20-as képlet a következő alakot veszi fel:

(21)

Ebben a jelölésben a Poiseuille-képlet (más néven Hagen-Poiseuille-egyenlet) hasonló az Ohm-törvényhez az elektromos áramkör egy szakaszára.

Analógia vonható a hidrodinamika és az áramlás törvényei között elektromos áram elektromos áramkörökön keresztül. A térfogati folyadék áramlási sebessége K az elektromos áram erősségének hidrodinamikai analógja ÉN. A potenciálkülönbség hidrodinamikai analógja  1 -  2 a nyomáskülönbség R 1 - R 2 . Ohm törvénye én =( 1 -  2 )/R hidrodinamikai analóg képlete 20. A mennyiség X képviseli hidraulikus ellenállás - az elektromos ellenállás analógja R.

Sziasztok barátok! Üdvözöljük otthoni laboratóriumunkban!

És amit a fiatal kísérletezők, Artyom és Alexandra nem tettek meg. És főztek, festettek és feltaláltak. De minden nem elég nekik! És ma a srácok úgy döntöttek, hogy kitalálják, hogyan készítsenek otthon nem newtoni folyadékot. Lehetséges ez?

Mint kiderült, nagyon is lehetséges. Bizonyíték az alábbi videóban.

A kísérlet előrehaladása

Magyarázat

Mi az a nem-newtoni folyadék? És miért hívják így?

Egy kis történelem. A tizenhetedik végén - a tizennyolcadik század elején Angliában éltek híres fizikus Isaac Newton. Ő volt az, aki felfedezte a törvényt egyetemes gravitáció. De most nem erről van szó.

Egy nap Newton a csónakján lebegett, és az evezőkön ült. És mivel Newton nagyon figyelmes ember volt, észrevette, hogy ha lassan és megfontoltan evezi az evezőket, az evezők könnyen áthaladnak a vízen. De ha jelentkezel nagy erőés sokkal gyorsabban kezdj el evezni, akkor az evezők sokkal nehezebben mennek át a vízen.

„Hogy lehet ez?” – gondolta a fizikus. Sokáig gondolkodott, töltött különféle kísérletekés számításokat végeztünk, és ennek eredményeként felfedeztünk egy másik törvényt, amely a legegyszerűbb formájában így hangzik:

A folyadék viszkozitása a rá ható erővel arányosan nő.

A viszkozitás, leegyszerűsítve, az ellenállás képessége. A víznek ezt a tulajdonságát a kádban való fürdés közben is érezheti. Próbálja lassan mártani a kezét a vízbe, mert a víz nem fog ellenállni.

Ha pedig keményen csapkodsz a víz felszínére, érezni fogod az ellenállását, sőt, kicsit meg is fájhat, ezért vigyázz.

Lehetséges-e olyan erővel befolyásolni a vizet, hogy szinte megszilárduljon? És talán még kibírja az embert? Például ebben a videóban.

Mit látunk itt? Egy ember fut a vízen. Elképzelhetetlen! Nagy! Látszólag olyan gyorsan fut, és olyan erősen hat a tartály felületére, hogy a folyadék olyan viszkózussá válik, hogy engedi magát taszítani.

Mint kiderült, ez csak egy vicc. A videón látható emberek nem a vízen futottak, hanem a víz alá rejtett sétányokon.

Ahhoz pedig, hogy valóban vízen futhasson, egy 74 kg-os és 42-es lábméretű embernek 150 km/h-s sebességgel kell futnia!

Tájékoztatásul. A bolygó leggyorsabb embere Usain Bolt. Jamaicai sportoló. Az övé maximális sebesség– 37,578 km/h.

Tehát a vízen futás valami sci-fi. És ez nem csak a vízre vonatkozik, hanem a tejre vagy a vajra is. Igen minden olyan folyadékra, amely engedelmeskedik Newton törvényének.

Ezt a törvényt azonban nem mindenki tartja be. Az ilyen „rakkolatlan” folyadékokat pedig nem-newtoninak nevezik. És a srácok egy ilyen folyadékot készítettek, nagyon hasonlít a nyálkahártyához.

Nem szükséges, hogy a kapott anyag nagyon kemény legyen. óriási erő. Elég egy kis erőfeszítés, és máris minden erejével ellenáll. Ez az oka annak, hogy átfuthat egy nem newtoni folyadékon. Ne higgy nekem? nézd meg a videót)

Érdekes, nem?

A recept egyszerű. Keményítőre és vízre lesz szüksége, de nem melegen, hanem hidegen. Tapasztalt módon rájöttünk, hogy kétszer annyi keményítőt kell beletenni, mint vizet. A vízhez adhatsz festéket, és akkor a nyálka is elszíneződik.

Lehetséges keményítő nélkül? Azt mondják, lehetséges, de még nem próbáltuk. De a recept a következő lesz:

Egy tálban össze kell keverni ¾ csésze vizet 1 csésze PVA ragasztóval.

Egy másik tálban keverj össze ½ csésze vizet és 2 evőkanál. kanál bórax.

Ezután keverje össze ezt a két oldatot és keverje össze.

Egyetért azzal, hogy a keményítő és a víz lehetőség sokkal egyszerűbb. És minden hozzávaló otthon, kéznél van, vagy a legközelebbi élelmiszerboltban.

Hol használják a nem newtoni folyadékokat? Elég sok van belőlük, ilyen rendellenesek, széles körben használják különféle iparágak ipar. Az olajiparban például a vegyiparban vagy a feldolgozóiparban. Mindezek a folyadékok mesterségesen jönnek létre.

De előfordulnak a természetben is. Például, mocsári mocsár– ez is nem newtoni fluidum. Hasonlóan viselkednek az ilyen folyadékok föveny a sivatagokban magukba „szívnak” mindent, ami rájuk esik.

Nos, a kísérlet befejezése és a videokamera kikapcsolása után rájöttünk, hogy egy ilyen rendellenes folyadékkal a cirkuszban is fel lehet lépni. nézd meg a videót)

Mára ennyi, barátaim. Próbáld ki te is ezt a kísérletet, nagyon érdekes)

Még több kísérletet találsz a vízzel. Jövő szombaton új kísérlettel örvendeztet meg otthoni laboratóriumunk. Talán csinálunk majd műhavat. ne hagyd ki)

Üdvözlettel: Artyom, Alexandra és Evgenia Klimkovich.

...elképesztő anyag
tulajdonságai: enyhe terhelés hatására puha
és rugalmas, és ha nagy, akkor válik
kemény és nagyon rugalmas.

Egyetlen ember sem menekülhet el attól a valós anyagi világtól, amely körülveszi, és amelyben ő maga is él. A természet, a mindennapi élet, a technológia és minden, ami körülvesz bennünket és bennünk történik, az eredet és fejlődés egységes törvényeinek – a FIZIKA törvényeinek – érvényesül.

A természet valódi fizikai laboratórium, amelyben az embernek aktív megfigyelőnek, alkotónak kell lennie, de nem a természet rabszolgájának, aki nem tudja legalább megközelítőleg megmagyarázni, amit megfigyel. természeti jelenség. Születésétől kezdve minden ember megismeri az őt körülvevő anyagokat, ahogy felnő, az ember elkezd megkülönböztetni különféle fajták folyadékok gázokból vagy szilárd anyagokból, megértve, mit jellegzetes tulajdonságait anyagokban rejlő. Fiatal korában a gyerek nem sokat gondolkodik ezeken az érdekes jeleken, nem érti, hogy a víz miért folyékony, a hó pedig szilárd... Minél idősebb lesz az ember, annál szélesebbé válik a tudásterülete, annál mélyebb lesz. megérti a dolgok lényegét. Tehát minden ember számára eljön az a pillanat, amikor a folyadék fogalmán nemcsak a tejet vagy a vizet érti, hanem azt is, hogy a folyadéknak, mint minden más anyagtípusnak, megvan a maga osztályozása, alapvető tulajdonságait. A folyadék fő tulajdonsága, amely megkülönbözteti a többi aggregációs állapottól, az a képesség, hogy alakját korlátlanul megváltoztatja tangenciális mechanikai feszültségek hatására, akár tetszőlegesen kicsi is, miközben gyakorlatilag megtartja térfogatát. Folyékony állapotáltalában a szilárd és a gáz közötti köztesnek tekintik: a gáz sem térfogatát, sem alakját nem tartja meg, de a szilárd anyag mindkettőt megtartja. A folyadékokat ideálisra és valódira osztják. Ideális - nem viszkózus, abszolút mobilitású folyadékok, pl. a súrlódási erők és a tangenciális feszültségek hiánya és az abszolút változhatatlanság. Valódi - viszkózus folyadékok, amelyek összenyomhatósággal, ellenállással, húzó- és nyíróerővel és megfelelő mobilitásúak, pl. súrlódási erők és tangenciális feszültségek jelenléte.

A projekt relevanciája:

Körbe vagyunk véve hatalmas mennyiség folyadékok. Folyadék vesz körül minket mindenhol és mindig. Az emberek maguk is folyadékból állnak, a víz életet ad nekünk, mi a vízből jöttünk és mindig visszatérünk a vízbe. Folyadékhasználattal folyamatosan találkozunk: teát iszunk, kezet mosunk, benzint öntünk autóba, olajat öntünk egy serpenyőbe. A folyadék fő tulajdonsága, hogy mechanikai igénybevétel hatására képes megváltoztatni alakját.
De kiderült, hogy nem minden folyadék viselkedik a szokásos módon. Ezek úgynevezett nem-newtoni folyadékok. Érdekelni kezdtek az ilyen folyadékok szokatlan tulajdonságai, és számos kísérletet végeztünk.

Hipotézis:
Végezzen kísérleteket, amelyekben tisztán láthatja a nem newtoni folyadékok fizikai tulajdonságait.

Projekt céljai:
Szerezz egy nem newtoni folyadékot
Tanulmányozza a nem-newtoni folyadék fizikai tulajdonságait

Projekt céljai:
Gyűjt elméleti anyag nem newtoni folyadékról
Kísérletileg tanulmányozza a nem newtoni folyadékok fizikai tulajdonságait (sűrűség, forráspont, kristályosodási hőmérséklet)
Ismerje meg a nem newtoni folyadékok alkalmazási körét

Kutatási módszerek:
Megfigyelés
Elméleti anyagok tanulmányozása
Kísérletek végzése
Elemzés

Elméleti rész

A folyadék az anyag egyik halmazállapota. Három ilyen állapot létezik, ezeket aggregált állapotoknak is nevezik, ezek a gáz, folyékony és szilárd. Folyékony anyag akkor nevezzük, ha rendelkezik azzal a tulajdonsággal, hogy külső hatás hatására korlátlanul változtatja alakját, miközben megtartja térfogatát.

A folyékony halmazállapotot általában a szilárd és a gáz közötti köztesnek tekintik: a gáz sem térfogatát, sem alakját nem tartja meg, de a szilárd anyag mindkettőt megtartja. A folyadékok lehetnek ideálisak vagy valódiak. Ideális - nem viszkózus, abszolút mobilitású folyadékok, pl. a súrlódási erők és a tangenciális feszültségek hiánya, valamint a befolyás alatti térfogat abszolút invarianciája külső erők. Valódi - viszkózus folyadékok, amelyek összenyomhatósággal, ellenállással, húzó- és nyíróerővel és megfelelő mobilitásúak, pl. súrlódási erők és tangenciális feszültségek jelenléte. Valódi folyadékok lehet newtoni vagy nem newtoni.

A newtoni folyadékok homogén folyadékok. A newtoni folyadék víz, olaj és legtöbb a mindennapi használat során megszokott folyékony anyagokat, vagyis azokat, amelyek megtartják fizikai állapot, mindegy mit csinálsz velük (hacsak nem párolgásról vagy fagyásról beszélünk persze).

Egy másik dolog a nem newtoni folyadékok. Különlegességük abban rejlik, hogy folyadék tulajdonságaik áramának sebességétől függően ingadozik.

Vissza be késő XVII század nagy fizikus Newton észrevette, hogy a gyors evezős evezés sokkal nehezebb, mint a lassú evezés. És akkor megfogalmazott egy törvényt, amely szerint a folyadék viszkozitása a rá ható erővel arányosan nő. Newton a folyadékáramlás tanulmányozásáig jutott el, miközben megpróbálta szimulálni a bolygók mozgását naprendszer a Napot ábrázoló henger vízben való forgatásával. Megfigyelései során megállapította, hogy ha a henger forgását fenntartjuk, az fokozatosan átterjed a folyadék teljes tömegére. Ezt követően a folyadékok ilyen tulajdonságainak leírására a „belső súrlódás” és a „viszkozitás” kifejezéseket kezdték használni, amelyek ugyanolyan széles körben elterjedtek. Történelmileg Newtonnak ezek a munkái alapozták meg a viszkozitás és a reológia tanulmányozását.

Ha a folyadék heterogén, például nagy molekulákból áll, amelyek bonyolult térszerkezeteket alkotnak, akkor áramlása során a viszkozitás a sebességgradienstől függ. Az ilyen folyadékokat nem-newtoninak nevezzük. A nem-newtoni vagy anomális folyadékok, amelyek áramlása nem engedelmeskedik Newton törvényének. Sok ilyen folyadék van, amely hidraulikai szempontból rendellenes. Széles körben használják az olaj-, vegyipar-, feldolgozó- és más iparágakban.

A nem newtoni folyadékok nem engedelmeskednek a közönséges folyadékok törvényeinek, ezek a folyadékok megváltoztatják sűrűségüket és viszkozitásukat fizikai erő, és nemcsak mechanikai hatás, hanem még hanghullámokÉs elektromágneses mezők. Ha mechanikusan hat egy közönséges folyadékra, akkor minél nagyobb ütés éri azt, annál nagyobb az eltolódás a folyadék síkjai között, más szóval, minél erősebb a folyadékra gyakorolt ​​​​hatás, annál gyorsabban fog folyni és megváltoztatni az alakját. Ha egy nem newtoni folyadékra mechanikai erővel hatunk, teljesen más hatást fogunk elérni, a folyadék elkezdi felvenni a szilárd anyagok tulajdonságait, és úgy viselkedik szilárd, a folyadék molekulái közötti kapcsolat megnövekszik a rá ható hatás fokozásával, aminek következtében az ilyen folyadékok rétegeinek mozgatásának fizikai nehézségeivel kell szembenéznünk. A nem newtoni folyadékok viszkozitása a folyadék áramlási sebességének csökkenésével nő.

Kísérleti rész

A gyakorlati részben több kísérletet is végeztünk.

1. kísérlet „Nem newtoni folyadék kinyerése”

Cél: egy nem newtoni folyadék előállítása és annak ellenőrzése, hogyan viselkedik normál körülmények között.

Felszerelés: víz, keményítő, tál.

A kísérlet menete:
1 Vegyünk egy tál vizet és keményítőt. Az anyag egyenlő részeit keverjük össze.
2 Az eredmény egy fehér folyadék.

Észrevettük, hogy ha gyorsan kevered, ellenállást érzel, de ha lassabban kevered, akkor nem. A kapott folyadékot a kezébe öntheti, és megpróbálhatja golyóvá forgatni. Amikor a folyadékra hatunk, miközben gurítjuk a labdát, egy szilárd folyadékgolyó lesz a kezünkben, és minél gyorsabban és erősebben hatunk rá, annál sűrűbb és keményebb lesz a labdánk. Amint kioldjuk a kezünket, az addig kemény labda azonnal szétterül a kezünkön. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a rá gyakorolt ​​hatás megszűnése után a folyadék ismét felveszi a folyékony fázis tulajdonságait.

2. kísérlet „Néhány tanulmányozása fizikai tulajdonságok nem newtoni folyadékok"

A tulajdonságok vizsgálatához az előző kísérletben kapott keményítő és víz keverékét, tusfürdőt és napraforgóolajat vettünk.

A kísérlet célja: kísérleti úton meghatározni ezen folyadékok sűrűségét, forráspontját és kristályosodási hőmérsékletét.

A kísérletek eredményeként a következő adatokat kaptuk:

3. kísérlet „A mágneses mezők hatásának vizsgálata nem newtoni folyadékra”

A ferrofluiddal végzett kísérleteket széles körben terjesztik videók formájában az interneten. A lényeg az ezt a típust A mágnes hatására a folyadékok bizonyos mozgásokon mennek keresztül, ami nagyon látványossá teszi a kísérleteket.

A ferromágneses folyadékot saját kezűleg is elkészítheti otthon. Ehhez olajat veszünk (motorolaj, napraforgóolaj stb.), valamint lézernyomtatóhoz tonert (por alakú anyag). Most keverje össze mindkét összetevőt a tejföl konzisztenciájára.

Annak érdekében, hogy a hatás maximális legyen, a kapott keveréket vízfürdőben melegítse körülbelül fél órán keresztül, ne felejtse el keverni.
A ferromágneses folyadék (ferrofluid) olyan folyadék, amely erősen polarizálódik, ha ki van téve ennek mágneses mező. Egyszerűen fogalmazva, ha egy közönséges mágnest közelebb viszünk ehhez a folyadékhoz, bizonyos mozgásokat hajt végre, például sündisznószerűvé válik, púposan feláll stb.

Játék - nyálka készítése

A legelső nyálkás játékot a Mattel készítette 1976-ban. A Slime játék népszerűségét mulatságos tulajdonságainak köszönheti – mind a folyékonyság, mind a rugalmasság és az állandó átalakulás képessége. A nem newtoni folyadék tulajdonságaival rendelkező nyálkás játék gyorsan hihetetlenül népszerűvé vált a gyerekek és a felnőttek körében. Slime-ot nem lehetett mindenhol kapni, de hamar megtanulták, hogyan lehet otthon vicces játékot készíteni.

Az iszap készítése saját kezűleg és otthon eltér a eredeti recept. Ezért könnyebben hozzáférhető anyagokat fogunk használni:

1. PVA ragasztó. A fehér, lehetőleg friss ragasztó bármely irodaszer- vagy hardverboltban megvásárolható. A Lizunhoz körülbelül fél pohár szokásos ragasztóra lesz szükségünk, körülbelül 100 grammra.
2. A víz a legtöbb sima víz a csapból. Kívánt esetben szobahőmérsékleten főtt is. Kicsit több pohárra lesz szüksége.
3. Nátrium-tetraborát, bórax vagy bórax. Megvásárolható a gyógyszertárban 4% -os oldat formájában.
4. Élelmiszerfesték vagy néhány csepp briliáns zöld. Az eredeti iszap zöld, a ragyogó zöld pedig tökéletes színezőanyagként.
5. Mérőpohár, edény és keverőpálca. Pálcának vehetsz egy ceruzát, kanalat vagy bármilyen más alkalmas tárgyat.

Térjünk át a nyálka létrehozásának folyamatára:

Oldjunk fel egy evőkanál bóraxot egy pohár vízben.
- Egy másik edényben egy negyed pohár vizet és egy negyed pohár ragasztót forgassunk homogén keverékké. Ha szükséges, adjon hozzá festéket.
- A ragasztókeverék keverése közben fokozatosan adjunk hozzá bóraxoldatot, körülbelül fél pohárral. Addig keverjük, amíg zselészerű homogén masszát nem kapunk.
- Nézzük meg az eredményt: a sűrített anyag valójában egy nyálkás játék. Felteheti az asztalra, összetörheti és ellenőrizheti az eredeti tulajdonságait.

Nem newtoni folyadékok alkalmazásai

Furcsa módon ezek a folyadékok nagyon népszerűek a világon. A nem newtoni folyadékok vizsgálatakor először azok viszkozitását vizsgáljuk. A viszkozitás, mérésének és fenntartásának ismerete segít az orvostudományban, a technológiában, a főzésben és a kozmetikai gyártásban.

Alkalmazás a kozmetológiában

A kozmetikai cégek óriási nyereségre tesznek szert azzal, hogy megtalálják a viszkozitás tökéletes egyensúlyát, amelyet a vásárlók szeretnek.

Annak érdekében, hogy a kozmetikumok ragaszkodjanak a bőrhöz, viszkózussá kell tenni őket, legyen szó folyékony alapozóról, szájfényről, szemceruzáról, szempillaspirálról, testápolóról vagy körömlakkról. Az egyes termékek viszkozitását egyedileg választják ki, attól függően, hogy milyen célra szolgálják. A szájfénynek például elég viszkózusnak kell lennie ahhoz, hogy sokáig az ajkakon maradjon, de ne legyen túl viszkózus, különben a használók kellemetlenül ragacsosnak érzik magukat az ajkakon. IN tömeggyártás A kozmetikumok speciális, viszkozitásmódosító anyagokat használnak. Az otthoni kozmetikában különféle olajokat és viaszokat használnak ugyanerre a célra.

A tusfürdőknél a viszkozitást úgy állítják be, hogy elég sokáig maradjanak a testen ahhoz, hogy lemossák a szennyeződéseket, de a szükségesnél nem tovább, különben a személy ismét koszosnak érzi magát. Általában a kész kozmetikai termék viszkozitását mesterségesen módosítják viszkozitásmódosítók hozzáadásával.

A legmagasabb viszkozitás a kenőcsöké. A krémek viszkozitása alacsonyabb, a testápolók pedig a legkevésbé viszkózusak. Ennek köszönhetően a testápolók vékonyabb rétegben fekszenek a bőrön, mint a kenőcsök és krémek, és frissítően hatnak a bőrre. A viszkózusabb kozmetikumokhoz képest még nyáron is kellemes a használatuk, bár erősebben kell bedörzsölni és gyakrabban kell újra kenni őket, mivel nem maradnak sokáig a bőrön. A krémek és kenőcsök tovább maradnak a bőrön, mint a testápolók, és jobban hidratálják azt. Különösen jól használhatóak télen, amikor kevesebb nedvesség van a levegőben. Hideg időben, amikor a bőr kiszárad és megrepedez, nagyon hasznosak az olyan termékek, mint például a testolaj – ez a kenőcs és a krém között van. A kenőcsök sokkal hosszabb ideig szívódnak fel, és zsírossá teszik a bőrt, de sokkal tovább maradnak a testen. Ezért gyakran használják az orvostudományban.

Az, hogy a vásárlónak tetszett-e egy kozmetikai termék viszkozitása, gyakran meghatározza, hogy a jövőben ezt a terméket választja-e. Éppen ezért a kozmetikai gyártók sok erőfeszítést tesznek az optimális viszkozitás elérése érdekében, amely a legtöbb vásárló számára vonzó. Ugyanaz a gyártó gyakran gyárt ugyanarra a célra terméket, például tusfürdőt különböző lehetőségeketés különböző viszkozitásokkal, hogy a vásárlóknak legyen választásuk. A gyártás során szigorúan betartják a receptúrát, hogy a viszkozitás megfeleljen a szabványoknak.

Használja a főzéshez
Az ételek megjelenésének javítása, az ételek étvágygerjesztővé tétele és az elfogyasztás megkönnyítése érdekében a főzés során viszkózus élelmiszereket használnak.

A magas viszkozitású termékeket, például szószokat, nagyon kényelmes más termékekre, például kenyérre kenni. Arra is használják őket, hogy az élelmiszerrétegeket a helyükön tartsák. Egy szendvicsben vajat, margarint vagy majonézt használnak erre a célra - akkor a sajt, hús, hal vagy zöldség nem csúszik le a kenyérről. A salátákban, különösen a többrétegűekben, gyakran használnak majonézt és más viszkózus szószokat is, amelyek segítenek megőrizni formájukat. A legtöbbet híres példák ilyen saláták - hering egy bunda alatt és Olivier. Ha majonéz vagy más viszkózus szósz helyett olívaolajat használ, akkor a zöldségek és más ételek nem tartják meg alakjukat.

Az edények díszítésére is használják a viszkózus termékeket, amelyek képesek alakjukat megtartani. Például a fotón látható joghurt vagy majonéz nem csak a kapott formában marad meg, hanem alátámasztja a ráhelyezett díszítéseket is.

Alkalmazás az orvostudományban

Az orvostudományban meg kell tudni határozni és ellenőrizni a vér viszkozitását, mivel a magas viszkozitás számos egészségügyi problémához járul hozzá. A normál viszkozitású vérhez képest a vastag és viszkózus vér nem mozog jól. vérerek, ami korlátozza az áramlást tápanyagokés oxigént a szervekbe és szövetekbe, sőt az agyba is. Ha a szövetek nem kapnak elegendő oxigént, elhalnak, így a nagy viszkozitású vér károsíthatja mind a szöveteket, mind a belső szervek. Nemcsak azok a testrészek károsodnak, amelyeknek a legnagyobb oxigénigényük van, hanem azok is, amelyekhez a legtovább jut a vér, vagyis a végtagok, különösen a kéz- és lábujjak. Fagyhalál esetén például a vér viszkózusabbá válik, nem szállít elegendő oxigént a karokba és lábakba, különösen az ujjak szövetébe, súlyos esetekben pedig szövethalál következik be. Ilyen helyzetben az ujjakat és néha a végtagok egyes részeit amputálni kell.

Alkalmazás a technológiában

A nem newtoni folyadékokat az autóiparban használják a nem newtoni folyadékokon alapuló szintetikus motorolajok, amelyek a motor fordulatszámának növekedésével több tízszeresére csökkentik a viszkozitásukat, miközben csökkentik a motorok súrlódását.

Következtetés és következtetések

Az elvégzett munka eredményeként felülvizsgálatra került sor elméleti források információ. Kísérletsorozatot végeztünk nem newtoni folyadékokkal, kiszámítottuk a sűrűséget, valamint meghatároztuk a nem newtoni folyadékok forrás- és kristályosodási hőmérsékletét.

A kísérletek eredményei alapján a következő következtetések vonhatók le:
1. Ha egy nem newtoni folyadékot gyorsan keverünk, ellenállást érez, de ha lassabban, akkor nem. at gyors mozgás az ilyen folyadék szilárd anyagként viselkedik.
2. A hőmérséklet változásával a folyadék sűrűsége megváltozik.

Sok csodálatos dolog van körülöttünk, és a nem-newtoni fluidum kiváló példa erre. Reméljük, hogy egyértelműen be tudtuk mutatni csodálatos tulajdonságait.
A munka eredménye alapján minden kijelölt feladatot elvégeztünk, és minden tervezett kísérletet elvégeztünk. A kísérletek és a bemutatás szemléltette az általunk végzett munka célját.

Irodalom

Oktatási anyagok:

1. A. V. Peryskin. Fizika 7. osztály, Bustard, Moszkva 2008
2. Zarembo L.K., Bolotovsky B.M., Sztahanov I.P. és mások az iskolások kb modern fizika. Felvilágosodás, 2006
3. Kabardin O.F., fizika, referencia anyagok, Felvilágosodás, 1988

A munka befejeződött:
Skibin Ilja, 9. osztályos tanuló
Haritonov Vadim, 9. osztályos tanuló

Felügyelő:
Gievskaya Ljudmila Ivanovna
fizikatanár

Önkormányzati állami oktatási intézmény
Novokalitvenskaya középiskola
Rossoshansky önkormányzati kerület
Voronyezsi régió

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete