«Исследование свойств неньютоновских жидкостей».

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей №20»

«ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ»

Работу выполнил:

ученик 2 г класса

МБОУ «Лицей» № 20

Фатеев Владимир                                                              

                                   Научный руководитель:                                                            учитель начальных классов:

Богунова Оксана Алексеевна

Междуреченск 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….3
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………………..5
1 Теоретическая часть……………………………………………………………5
1.1 Характеристика жидкого состояния ………………………………………..5
1.2 Ньютоновские и неньютоновские жидкости ………………………………5
2 Практическая часть…………………………………………………………….6 
2.1 Изготовление неньютоновской жидкости …………………………………6 
2.2 Исследование некоторых свойств неньютоновской жидкости опытным… путем………………………………………………………………....................... 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….10
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….11
ПРИЛОЖЕНИЕ …………………………………………………………………12

ВВЕДЕНИЕ 

         Впервые я заинтересовался неньютоновской жидкостью еще в дошкольном возрасте, когда у меня появилась игрушка-лизун (слайм). Тогда я еще не знал, что это неньютоновская жидкость, но позже в одной из моих любимых телепередач «Галилео» я увидел репортаж, посвященный изготовлению лизуна. Также в этой передаче было отмечено, что лизун является разновидностью неньютоновской жидкости.  Благодаря своим забавным свойствам - одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться, это «вещество» привлекло мое внимание, и я решил более подробно изучить его. Поэтому тема моей работы «Исследование свойств неньютоновских жидкостей».

В связи с этим я определил цель и задачи моего исследования.

        Цель работы: изучение некоторые свойства неньютоновских жидкостей.

        Задачи исследования:

1. Найти в источниках информации определения и описания ньютоновских и неньютоновских жидкостей.
2. Найти рецепт изготовления неньютоновской жидкости и сделать ее в домашних условиях.
3. Провести опыты, позволяющие выявить свойства неньютоновской жидкости.
4. Описать некоторые свойства неньютоновских жидкостей  и их отличия от ньютоновских жидкостей.

         Объект исследования - неньютоновская жидкость.

         Предмет исследования - свойства неньютоновской жидкости.

         Методы исследования:        

1. Анализ литературы и ресурсов Интернет.
2. Опыты.
3. Наблюдения.
4. Сравнение свойств ньютоновской и неньютоновской жидкостей.

Гипотеза исследования:

Я предполагаю, что неньютоновская жидкость - это вещество, находящееся в промежуточном состоянии между обычной жидкостью (ньютоновской) и твердым телом, и обладающее особыми свойствами, отличными от свойств ньютоновской жидкости.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

Характеристика жидкого состояния

Что же такое жидкость с научной точки зрения? Жидкость-это одно из агрегатных состояний вещества. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твердым телом и газом: газ не сохраняет ни объем, ни форму, а твердое тело сохраняет и то, и другое. Основным свойством жидкости является то, что она способна неограниченно менять свою форму под действием механического воздействия снаружи, даже очень малом, практически сохраняя при этом объем. Это свойство называется текучестью. 

Другое важное свойство жидкостей - вязкость. Она определяется как способность сопротивляться перемещению одной части жидкости относительно другой части под действием внешних сил [2, с. 41].

Все обладающие вязкостью жидкости подразделяются на ньютоновские и неньютоновские.

     Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Еще в конце 17 века великий физик Исаак Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее, нежели если это делать медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Таким образом, жидкости, которые подчиняются закону Ньютона, называются ньютоновскими.

Ньютоновскими  является большая часть жидкостей, с которыми мы привыкли иметь дело в своей жизни (например, вода,  растительное масло и т.д.).

Неньютоновскими называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Вязкость таких жидкостей непостоянна, зависит от силы и скорости воздействия на них. Неньютоновские жидкости неоднородные, состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. При медленном воздействии на неньютоновскую жидкость межмолекулярные связи непрочные, а при быстром получается подобие кристаллической решетки, то есть жидкость ведет себя как твердое тело.

Примером таких жидкостей являются  масляные краски, зубная паста, кровь, жидкое мыло, мед, майонез, сгущенка и др.

Впервые особенность неньютоновских жидкостей была подмечена Ф.Н. Шведовым в 1889 году.

Изучив теоретический материал и выяснив, что такое ньютоновская и неньютоновская жидкости, я решил изучить некоторые свойства неньютоновских жидкостей на практике.

2. Практическая часть

Изготовление неньютоновской жидкости

Одним из бытовых примеров неньютоновской жидкости может служить смесь крахмала с водой, которую можно приготовить в домашних условиях. Что я и сделал…

Для изготовления неньютоновской жидкости мне понадобились:

1. Реактивы: крахмал картофельный, вода.
2. Посуда: глубокая чашка, палочка для размешивания.

Крахмал насыпал в чашку, налил небольшое количество воды и размешал с помощью палочки (соотношение крахмала и воды примерно 1х1). Размешивал, пока не получилась однородная жидкая масса.

Неньютоновская жидкость готова!

Исследование некоторых свойств неньютоновской жидкости опытным путем

1. Первое свойство, которое я исследовал – это текучесть.

Для проведения опыта я взял два образца жидкости – емкость с ньютоновской жидкостью (водой)  и неньютоновской жидкостью (смесь крахмала с водой).

При переливании сначала воды, затем крахмального раствора из одной емкости в другую, я заметил, что и та, и другая жидкость льется, однако, поднимая повыше емкость с крахмальным раствором, я увидел, что сверху эта жидкость льется, а ниже становится тверже, падает комками, которые потом растекаются.

Таким образом, и ньютоновская, и неньютоновская жидкости обладают свойством текучести, только течение неньютоновской жидкости продолжается, если на нее не воздействовать механически (в данном случае при «ударе» неньютоновской жидкости о другую емкость жидкость проявила свойства твердого тела, а когда воздействие закончилось, она растеклась).

2. Второе свойство, которое я исследовал - это способность неньютоновской жидкости твердеть при сжатии или ударе.

Для проведения опыта, подтверждающего это свойство, мне потребовались два полиэтиленовых пакета, два сырых яйца, вода и неньютоновская жидкость (крахмальная смесь).

Я налил в один пакет воду, а в другой неньютоновскую жидкость, и поместил в каждый пакет сырое яйцо. Потом я отпустил пакеты на стол  с высоты примерно один метр. В пакете с водой яйцо при ударе о стол разбилось, а в пакете с неньютоновской жидкостью яйцо осталось целым. Все дело в том, что при ударе о стол неньютоновская жидкость затвердела и сохранила яйцо внутри себя.

Хочу отметить, что данное свойство успешно нашло свое практическое применение – изготовление бронежилетов для военных, производство асфальтовых «заплаток» для ремонта автодорог, а также изготовление контейнеров для транспортировки легко бьющихся предметов и т.д.

3. Основное свойство неньютоновской жидкости- это вязкость.

Это свойство можно продемонстрировать на нескольких опытах:

1 опыт. Размешивание неньютоновской жидкости.

При активном размешивании неньютоновская жидкость начинает становиться вязкой. Например, чем сильнее и быстрее перемешивать мед, тем легче это делать, хотя начинать размешивать его бывает трудно.

Обычная же жидкость (вода) при размешивании проявляет данное свойство незначительно.

2 опыт. Скатывание неньютоновской жидкости.

Крахмальный раствор налил в руку, он лежит в ладони лужицей. Быстрыми движениями скатал из раствора шарик. Пока я катаю шарик, в руках у меня твердый шар из жидкости, причем, чем быстрее и сильнее я на него воздействую, тем плотнее и тверже будет шарик. Как только я разжал руки, твердый шар тут же растекся по руке.

Это происходит потому, что после прекращения воздействия на него, неньютоновская жидкость проявляет свойства жидкого вещества (текучесть).

Из этих опытов можно сделать вывод, что вязкость неньютоновской жидкости зависит от механических воздействий. Чем выше скорость воздействия, тем больше вязкость.

Такое свойство неньютоновских жидкостей как вязкость нашло широкое применение в косметологии при изготовлении кремов, мазей, гелей для душа и т.д., а также в кулинарии при изготовлении вязких продуктов для того, чтобы блюда держали форму (майонез, сливочное масло, соусы и т.д.)

4. Следующее свойство неньютоновской жидкости-прочность.

Опыт, который выявляет свойство прочности неньютоновской жидкости, заключается в скатывании шарика с желоба.

Я взял небольшой желоб, шарик и емкости с водой и неньютоновской жидкостью.

Скатываю шарик с желоба сначала в воду, а затем в крахмальный раствор.

В воде шарик сразу тонет, она не оказывает сопротивление движению шарика. В неньютоновской жидкости шарик катится по поверхности, пока не остановится. Пока у шарика есть скорость, неньютоновская жидкость оказывает ему сопротивление и становится твердой, но как только шарик остановился, неньютоновская жидкость переходит в жидкое состояние.

5. Несмотря на проявление свойства прочности, некоторые виды неньютоновской жидкости, в том числе и крахмальная смесь, обладают свойством хрупкости (иначе свойством разрушаться) из-за того, что эта жидкость утрачивает свои свойства, когда из нее испаряется вода.

В этом я убедился, понаблюдав за состоянием крахмальной смеси при комнатной температуре 20 С.  Через 5 дней неньютоновская жидкость стала хрупкой, то есть начала разрушаться из-за испарения из нее воды.

Таким образом, и ньютоновская, и неньютоновская жидкость проявляют свойство испарение.

 В результате проведенных опытов мной была составлена сравнительная таблица некоторых свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей (Приложение 1).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моя гипотеза частично подтвердилась. Да, действительно неньютоновская жидкость – это вещество, которое может находиться как в жидком состоянии, так и в твердом в зависимости от воздействия на него. Если на неньютоновскую жидкость воздействовать резко, сильно, быстро – она проявляет свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью, течет.

В начале своей работы я предположил, что свойства неньютоновской жидкости отличаются от свойств ньютоновской жидкости. В большей степени это оказалось действительно так, но были выявлены и те свойства, которыми обладают и та, и другая жидкости.

Практическая значимость моей проведенной работы заключается в том, что, изучив некоторые интересные и необычные  свойства неньютоновской жидкости, я также могу заинтересовать и одноклассников провести на внеурочном занятии «Введение в исследовательскую деятельность» работу на данную тему. Тем самым это не только повысит интерес  к такой науке как физика, которая изучает законы окружающего мира, но и возможно приведет к желанию изучать и другие темы, а так же проводить исследования.

Что касается меня, то я планирую продолжить свою работу по изучению свойств неньютоновских жидкостей на примере других ее разновидностей (например, магнитный пластилин).  А возможно и получится придумать свой рецепт изготовления неньютоновской жидкости с ее полезными свойствами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Уилкинсон У.Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ,, М., Издательство: Мир, 1964-216 с.
2. Энциклопедический словарь юного физика/ Сост. В. А. Чуянов.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991.- 336 с.
3. http://www.wikipedia.org/wiki/
4. http://www.galileo-tv.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица «Свойства ньютоновских и неньютоновских жидкостей»