Научная работа : неньютоновские жидкости

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 36»

Научная работа по теме:

НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ

Выполнила: Маслова Елена

ученица  4 «А» класса   МБОУ «СОШ № 36»

Руководитель: Соседова Наталья Александровна

Г. Новокузнецк

2013

ВВЕДЕНИЕ

Описание проекта:

        Проект представляет собой исследовательскую работу по определению свойств неньютоновских жидкостей и практическому применению этих жидкостей. 

У ньютоновских жидкостей (вода, низкомолекулярные органические жидкости, расплавы солей) вязкость не зависит от режима течения. У неньютоновских жидкостей (жидкие полимеры, стёкла, эмульсии) вязкость зависит от режима течения жидкости. Свойства неньютоновских жидкостей изучает реология. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. Проблемы реологии нужно учитывать при технологии различных производств: композиты, полимеры, глины, силикаты, пищевые продукты (кетчуп, конфеты батончики, масла). 

     Гипотеза:

         Выявить опыты, в которых наглядно можно увидеть отличие ньютоновских и неньютоновских жидкостей.

Актуальноть:

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

Методы исследования:

- Наблюдение

- Изучение теоретических материалов

- Проведение опытов

- Анализ.

ЖИДКОСТЬ, НЕ ПОДЧИНЯЮЩАЯСЯ ЗАКОНУ НЬЮТОНА

Вот как вы себе представляете жидкость? Какими свойствами она должна обладать? В первую очередь, наверное, она должна литься, растекаться и так далее, а уж никак не выдерживать вес человека или занимать вертикальное положение, но в не все в нашем мире так просто, есть особые жидкости, которые ведут себя немного странно - НЕНьютоновские жидкости

Нью́тоновская жидкость  (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости в такой жидкости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость. 

Звучит довольно сложно, но будет более понятно, если сказать, что ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали (если речь не идет об испарении или замораживании, конечно).

Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Если на них воздействовать резко, сильно, быстро - они проявляют свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью.

К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др.

Зыбучий песок, также как и разные виды так называемых неньютоновских жидкостей, обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных жидкостей. Неньютоновские жидкости состоят из мелких частиц, распределенных в жидкости, причем внешне могут напоминать твердые субстанции или гель. В Английском языке, впрочем, такие жидкости принято обозначать как “fluids”, тогда как обыкновенные жидкие вещества названы привычным словом “liquids”.

Зыбучие пески - известный с давних пор пример неньютоновских жидкостей 

Зыбучие пески опасны тем, что они могут засасывать в себя все, что в них попадает. Стань на такой песок - и начнешь тонуть в нем, но если же быстро ударить по зыбучему песку, то он сразу же затвердеет.

При изучении данной темы мною также проводились опыты по получению неньютоновской жидкости в домашних условиях. Опишу некоторые из них.

НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТь ИЗ КРАХМАЛА И ВОДЫ

Для приготовления нам нужны крахмал  (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество. 

Также если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Вы почувствуете, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот "кисель" и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой. 

НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ - СЛАЙМ

Самая первая игрушка-лизун или слайм (slime) была сделана компанией Mattel в 1976 году. Игрушка-Лизун заслужила популярность благодаря своим забавным свойствам – одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться. Обладающий свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро стала безумно популярной у детей и взрослых. Лизуна можно было купить не везде, но забавную игрушку скоро научились делать в домашних условиях.

Рецепт — как сделать лизуна дома:

Изготовление лизуна своими руками и в домашних условиях отличается от оригинального рецепта. Например, гуаровую камедь приобрести в магазине не так просто, как другие компоненты. Поэтому будем использовать более доступные вещества:

1. Клей ПВА. Белый, желательно свежий клей можно купить в любом канцелярском или строительном магазине. Клея для Лизуна нам понадобится примерно половина обычного стакана, около 100 гр.

2. Вода – самая обычная вода из-под крана. При желании можно взять кипяченую, комнатной температуры. Понадобится немного больше стакана.

3. Тетраборат натрия, боракс или бура. Может быть приобретен в аптеке, в форме 4%-ного раствора.

4. Пищевой краситель или несколько капель зеленки. Оригинальный лизун – зеленый, и зеленка отлично подходит на роль подкрашивающего вещества.

5. Мерный стакан, посуда и палочка для смешивания. В качестве палочки можно взять карандаш, ложку или любой другой подходящий предмет.

Переходим к самому процессу создания лизуна.

- Растворяем столовую ложку боракса в стакане воды.

 - Четверть стакана воды и четверть стакана клея превращаем в однородную смесь в другой посуде. При желании туда же добавляем краситель.

- Перемешивая клеевую смесь, постепенно добавляем туда раствор буры, примерно полстакана. Мешаем до получения желеобразной однородной массы.

- Проверяем результат: загустевшая субстанция, собственно, и является игрушкой лизуном. Ее можно выложить на стол, помять и проверить все ее оригинальные свойства. 

НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ – ГОРЯЧИЙ ЛЕД

        Ацетат натрия или горячий лед также можно получить в домашних условиях. Это вещество способно быстро кристаллизоваться.

Горячим льдом это называется потому, что при кристаллизации выделяется тепло, а получившееся вещество выглядит как лед.

Следует делать так: смешать  200 мл. уксуса 70% концентрации и 210 грамм соды, подождать пока все прореагирует. Если газ выделяется, значит в растворе соды больше, чем надо. Следует добавлять уксус, пока реакция не прекратится. Затем нужно выпарить всю воду и поставить охлаждаться.

Чтобы горячий лед получился, нужно перед тем, как оставить раствор охлаждаться, проверить, нет ли в нем не растворившихся кристаллов, даже самых маленьких. Если они есть, добавьте аккуратно по каплям воду, пока кристаллы не исчезнут. Советую все проверять перед тем, как ставить в холодильник, эксперимент очень сложный, у меня тоже не получилось с первого раза сделать горячий лёд.

НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ – ГОРЯЧИЙ ЛЕД

Эксперименты с ферромагнитной жидкостью широко распространены в виде видеороликов в интернете. Дело в том, что данный вид жидкости под действием магнита совершает определенные движения, что делает эксперименты очень зрелищными. Попробуем сделать такую жидкость самостоятельно. Но для начала выясним, что она из себя представляет.

1

Ферромагнитную жидкость можно изготовить своими руками в домашних условиях. Для этого возьмите масло (подойдет моторное, подсолнечное и прочие), а также тонер для лазерного принтера (субстанция в виде порошка). Теперь смешайте оба ингредиента до консистенции сметаны.

Для того чтобы эффект был максимальным, погрейте получившуюся смесь на водяной бане в течение приблизительно получаса, не забывайте при этом ее помешивать.

Помните, что сильным намагничиванием обладает далеко не каждый тонер, а значит старайтесь выбирать наиболее качественный.

Ферромагнитная жидкость (феррофлюид) – это жидкость, которая сильно поляризуется под воздействием магнитного поля. Проще говоря, если приблизить обычный магнит к этой жидкости, она производит определенные движения, например, становится похожей на ежика, встает горбом и т.д.

ПРИМЕНЕНИЕ  НЕНЬЮТОНОВСКИХ  ЖИДКОСТЕЙ

Применение в косметологии

При исследовании неньютоновских жидкостей в первую очередь изучают их вязкость, знания о вязкости и о том, как ее измерять и поддерживать, помогают и в медицине, и в технике, и в кулинарии, и в производстве косметики. Косметические компании зарабатывают огромную прибыль на том, что смогли найти идеальный баланс вязкости, который нравится покупателям.

Чтобы косметика держалась на коже, ее делают вязкой, будь это жидкий тональный крем, блеск для губ, подводка для глаз, тушь для ресниц, лосьоны, или лак для ногтей. Вязкость для каждого изделия подбирается индивидуально, в зависимости от того, для какой цели оно предназначено. Блеск для губ, например, должен быть достаточно вязким, чтобы долго оставаться на губах, но не слишком вязким, иначе тем, кто им пользуется, будет неприятно ощущать на губах что-то липкое. В массовом производстве косметики используют специальные вещества, называемые модификаторами вязкости. В домашней косметике для тех же целей используют разные масла и воск.

Бутылочки с жидким кремом

В гелях для душа вязкость регулируют для того, чтобы они оставались на теле достаточно долго, чтобы смыть грязь, но не дольше, чем нужно, иначе человек почувствует себя снова грязным. Обычно вязкость готового косметического средства изменяют искусственно, добавляя модификаторы вязкости.

Наибольшая вязкость — у мазей. Вязкость кремов — ниже, а лосьоны — наименее вязкие. Благодаря этому лосьоны ложатся на кожу более тонким слоем, чем мази и кремы, и действуют на кожу освежающе. По сравнению с более вязкой косметикой, их приятно использовать даже летом, хотя втирать их нужно сильнее и чаще приходится наносить повторно, так как они долго не задерживаются на коже. Кремы и мази дольше остаются на коже, чем лосьоны, и сильнее ее увлажняют. Их особенно хорошо использовать зимой, когда в воздухе меньше влаги. В холодную погоду, когда кожа сохнет и трескается, очень помогают такие средства как, например, масло для тела — это что-то среднее между мазью и кремом. Мази намного дольше впитываются и после них кожа остается жирной, но они намного дольше остаются на теле. Поэтому их часто используют в медицине.

От того, понравилась ли вязкость косметического средства покупателю, часто зависит, выберет ли он это средство в будущем. Именно поэтому производители косметики тратят много усилий на то, чтобы получить оптимальную вязкость, которая должна понравиться большинству покупателей. Один и тот же производитель часто выпускает продукт для одних и тех же целей, например гель для душа, в разных вариантах и с разной вязкостью, чтобы у покупателей был выбор. Во время производства строго следуют рецепту, чтобы вязкость соответствовала стандартам.

Применение в кулинарии

Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы ее было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания.

Продукты с большой вязкостью, например, соусы, очень удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты, как хлеб. Их также используют для того, чтобы удерживать слои продуктов на месте. В бутерброде для этих целей используют масло, маргарин, или майонез — тогда сыр, мясо, рыба или овощи не соскальзывают с хлеба. В салатах, особенно многослойных, также часто используют майонез и другие вязкие соусы, чтобы эти салаты держали форму. Самые известные примеры таких салатов — селедка под шубой и оливье. Если вместо майонеза или другого вязкого соуса использовать оливковое масло, то овощи и другие продукты не будут держать форму.

Майонез

Вязкие продукты с их способностью удерживать форму используют также для украшения блюд. Например, йогурт или майонез на фотографии не только остаются в той форме, которую им придали, но и поддерживают украшения, которые на них положили.

Применение в медицине

В медицине необходимо уметь определять и контролировать вязкость крови, так как высокая вязкость способствует ряду проблем со здоровьем. По сравнению с кровью нормальной вязкости, густая и вязкая кровь плохо движется по кровеносным сосудам, что ограничивает поступление питательных веществ и кислорода в органы и ткани, и даже в мозг. Если ткани получают недостаточно кислорода, то они отмирают, так что кровь с высокой вязкостью может повредить как ткани, так и внутренние органы. Повреждаются не только части тела, которым нужно больше всего кислорода, но и те, до которых крови дольше всего добираться, то есть, конечности, особенно пальцы рук и ног. При обморожении, например, кровь становится более вязкой, несет недостаточно кислорода в руки и ноги, особенно в ткань пальцев, и в тяжелых случаях происходит отмирание ткани. В такой ситуации пальцы, а иногда и части конечностей приходится ампутировать.

          СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                       1стр.

2.ЖИДКОСТЬ, НЕ ПОДЧИНЯЮЩАЯСЯ ЗАКОНУ НЬЮТОНА                          4стр.

3.НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТь ИЗ КРАХМАЛА И ВОДЫ             6стр.

 4. НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ – ГОРЯЧИЙ ЛЕД                                        9стр.

 6. ПРИМЕНЕНИЕ  НЕНЬЮТОНОВСКИХ  ЖИДКОСТЕЙ                                    10стр.

  7.ВЫВОД                                                                                                                            12стр.