Исследовательская работа "Неньютоновская жидкость"

МБОУ «Школа №23 г. Благовещенска»

Исследовательская работа

«Неньютоновская жидкость»

Авторы: Меркулов Дмитрий Александрович

Шульгин Егор Андреевич

                                                                                             Руководитель:

Мазуренко Наталья Фёдоровна,

учитель начальных классов.

2019 год

          Добрый день уважаемые члены жюри, гости и юные исследователи!

Предлагаем вашему вниманию исследовательскую работу по теме

 «Неньютоновская жидкость» на примере неньютоновской жидкости, приготовленной в домашних условиях.

(1сл.) Нас окружает огромное количество жидкостей. Жидкость окружает нас везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь. Мы все время сталкиваемся с использованием жидкостей: пьем чай, моем руки, заливаем бензин в автомобиль, наливаем масло на сковороду. Основным свойством жидкости является то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия, сохраняя при этом объём.

Но оказалось, что не все жидкости ведут себя привычным образом. Это так называемые неньютоновские жидкости. Мы заинтересовались необычными свойствами таких жидкостей и решили познакомиться с ними поближе.

(2сл) Цель работы: получить неньютоновскую жидкость,

                        наглядно показать её свойства.

Задачи:

1. Узнать в чем отличие ньютоновской и неньютоновской жидкостей и почему их так назвали?
2. Провести опыты с  неньютоновской жидкостью, демонстрирующие её свойства.
3. Проверить защитные свойства неньютоновской жидкости
4. Узнать области применения неньютоновских жидкостей.

(3сл)     Актуальность: Жидкости окружают нас повсюду. Это и вода, и продукты питания. Поэтому изучение свойств жидких веществ и расширение знаний о них всегда будет актуально.

Практическая значимость:

Перед проведением опытов мы выдвинули гипотезу.

Гипотеза: Неньютоновские жидкости могут служить защитной оболочкой.

(4сл) Объект исследования: неньютоновская жидкость

       Предмет исследования:  сведения о неньютоновской жидкости

       Методы исследования: опыт, анализ, обобщение, сравнение.

   1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Сначала нужно разобраться, что такое жидкость вообще. Жидкость это одно из состояний вещества. Таких состояний три: это газ, жидкость и твердое вещество. Так вот  вещество называют жидким, если оно обладает свойством  текучести, может менять форму под внешним воздействием, сохраняя при этом объём.

Жидкости можно разделить на ньютоновские и неньютоновские

Этим названиям они обязаны английскому ученому Исааку Ньютону.

 (6сл)      Исаак Ньютон — английский физик, математик, механик, и астроном. Современная наука обязана Ньютону множеством открытых им законов поведения тел и веществ.  Он сформулировал закон вязкого трения жидкостей. Согласно этому закону, жидкость будет продолжать обладать текучими свойствами в независимости от того, какие силы действуют на нее. Если же жидкость не подчиняется этому закону, она считается неньютоновской.  При воздействии на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, получается совершенно другой эффект, вязкость жидкости очень сильно увеличивается, и она начинает вести себя почти как твердое тело. Нас это заинтересовало, и мы решили поближе познакомиться с неньютоновской жидкостью.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для этого мы приготовили неньютоновскую жидкость.

(7-8сл)       Приготовление неньютоновской жидкости

Для приготовления неньютоновской жидкости мы взяли картофельный крахмал, воду, глубокую чашку , палочку для размешивания. Крахмал и воду берём в соотношении 200г воды 300г крахмала.  Далее  полученную смесь крахмала и воды мы размешали с помощью палочки, пока не получили однородную массу белого цвета. Эта жидкость стала для нас примером неньютоновской     жидкости. (для вас мы приготовили её заранее)

(9сл.)    Для демонстрации свойств неньютоновской жидкости проделали несколько опытов.

(10сл.) Опыт №1 «Растекающиеся на глазах шарики»

 Получившуюся жидкость мы налили  в руку и попробовали скатать шарик, быстро перекладывая жидкость из руки в руку. При таком воздействии на жидкость, пока мы  катали  шарик, в руках у нас был твердый шар из жидкости, причем, чем быстрее и сильнее мы  на него воздействовали, тем плотнее и тверже был наш шарик. Как только мы разжали руки, твердый до этого времени шар тут же растекся по руке. Связанно это  с тем, что, после прекращения воздействия на него, жидкость снова принимает свойства жидкой формы.

• Этот опыт показывает, что неньютоновская жидкость под воздействием сил ведет себя как твердое тело. . но после прекращения воздействия на него, жидкость снова принимает свойства жидкой формы, она течёт.

.

(11сл)  Опыт №2. «Непробиваемая жидкость»

Провели еще один опыт:  бьём кулаком по воде и неньютоновской жидкости. При ударах по воде она расплескивается, а кулак тонет, практически не встречая сопротивления. При ударах кулаком по неньютоновской жидкости кулак не погружается в жидкость, как бы мы не старались. Даже молоток её не может пробить. Но при медленном погружении кулака он погружается как в обычную жидкость

Вывод:Пальчик не тонет, а молоток не пробивает жидкость в связи с увеличением вязкости жидкости от сильного и быстрого физического воздействия. Этот опыт ещё раз доказывает, что неньютоновская жидкость под воздействием сил ведет себя как твердое тело.

(12сл)      Опыт №4.»Забивание гвоздя в деревянный брусок на неньютоновской жидкости»

     Для этого мы попытались забить гвоздь в брусок в разных жидкостях. В чашке с водой, брусок под ударами тут же оказывался под водой, забить гвоздь не получалось. В чашке с неньютоновской жидкостью брусок не тонул, а только немного пружинисто проседал, и гвоздь получилось забить

Этот опыт так же показывает, что неньютоновская жидкость под воздействием сил ведет себя как твердое тело.

(13сл)      Опыты с большими объемами неньютоновской жидкости

Так как опыты с неньютоновской жидкостью очень популярны, то некоторыми исследовательскими группами проводились опыты с очень большими объемами неньютоновской жидкости. Например, если бассейн наполнить неньютоновской жидкостью, то по ней можно  бегать, выполнять гимнастические упражнения и даже ездить на велосипеде. танцевать но если остановиться, то сразу начнешь тонуть. Такой аттракцион с  бассейном есть в торговом центре Малазии. Где он пользуется огромным успехом. Там же мечтают создать стадион для супер быстрого футбола.

(14сл)

Данные опыты позволили нам  наглядно продемонстрировать

 удивительные свойства неньютоновской жидкости.

И сделать вывод:

Неньютоновские жидкости не

поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости

меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них  физической силой и как результат ведут себя, как твёрдое тело.

(Сл 15)Но, основное применение ,благодаря своим свойствам, неньютоновские жидкости находят в области защиты.

 Мы решили проверить: будет ли неньютоновская жидкость являться  хорошим защитным материалом. Провели опыт.

(16 сл)1. Опыт с яйцом

Проделали еще один опыт с обычной жидкостью и неньютоновской. Для этого нам понадобились яйца, прочные пластиковые пакеты, вода и неньютоновская жидкость.

Наполнили пакет водой, опустили в него яйцо и крепко завязали. После этого позволяем пакету упасть с высоты около метра. Яйцо разбилось. Повторили этот опыт с неньютоновской жидкостью. При падении с высоты 1 метра яйцо не разбилось,  при падении с высоты 2 метров тоже.

Этот опыт показывает, что при ударе неньютоновской жидкости о пол, один ее слой становится твердым, следующий становится плотным, а чем дальше от пола, тем более жидкий. Яйцо благодаря распределению плотности погасило скорость падения и не разбилось.

Эти опыты наглядно подтверждают нашу гипотезу, и хорошо иллюстрируют то, что неньютоновскую жидкость можно использовать как защиту от ударов.

Из Интернета мы узнали, что на основе неньютоновской жидкости существуют материалы, обладающие защищающими от удара свойствами. Из них делают средства защиты. Такие как наколенники, налокотники, щитки и  бронежилеты.

(17сл)        ПРИМЕНЕНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

В мире как ни странно очень популярны данные жидкости. Неньютоновская жидкость является основным компонентом при изготовлении Хендгама (лизуна)– жвачки для рук.  Это хороший способ снятия стресса и разминки кисти. Это жвачка для рук и очень необычный полимер: твердый и жидкий одновременно. Пластичная масса, приятно мять и растягивать. Хендгам пахнет, рвется, магнитится, успокаивает, светится в темноте, меняет цвет, прыгает,тянется..

В длительных промежутках времени хендгам ведет себя подобно жидкости, он медленно стекает, капает и растекается по поверхности. При быстром воздействии handgum - это твердое тело - шарик, кинутый об пол подпрыгнет, как каучук Жвачка для рук хендгам обладает свойствами неньютоновской жидкости. В России появился в 2008 году.

Лизун давно завоевал популярность у детишек разного возраста по всему миру. Он был впервые выпущен в 1976 году в США. Сейчас же эту интересную и оригинальную игрушку можно приобрести во многих магазинах. Сейчас в продаже есть «лизуны» самых разных расцветок. Чем хорош «лизун»? Он липнет к любой поверхности и, отлипая, не оставляет следов. Поэтому пластичного «лизуна» можно подбрасывать к потолку или кинуть его в стену без риска испортить обои. «Лизуна» приятно мять в руках, он нравится и взрослым, и детям.

 Как сделать в домашних условиях лизуна из крахмала

• Разведите 4 ст. л. картофельного крахмала в 1/2 стакана воды. Отмерьте 100 мл получившегося раствора и влейте его в целлофановый пакет. Для цвета добавьте 4 капли жидкой синьки.
• Введите в смесь 3 ст. л. клея ПВА. Перемешайте содержимое руками до образования плотного сгустка.
• Кроме густой массы в пакете появится вода, поэтому выньте лизуна и промокните его салфеткой.

Такая игрушка послужит ребенку около недели. Храните хэндгам в баночке с крышкой, чтобы он не оброс пылью.

В мире как ни странно очень популярны данные жидкости.

• Неньютоновские жидкости используются в медицине, кулинарии, автопроме,
• Применяют при изготовление контейнеров для транспортировки и хранения легко бьющихся стеклянных предметов .
•  Используют неньютоновские жидкости при изготовлении защитных средств для спортсменов, а так же их применении при обучении маленьких детей ходьбе.
• Неньютоновские жидкости среди нас:
• Сгущённое молоко, мёд, соусы, краски, жидкое мыло, гели для душа, шампуни…

• Есть еще один интересный способ применения. Как известно, в России дороги, а точнее их ужасное состояние – одна из главных и нерешаемых проблем на протяжении всей истории нашего государства. Однако, группа студентов  из США предложила нестандартное решение этой проблемы. Они предлагают латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью.  Когда на нее действуют внешние силы, она течет, как жидкость, но как только на нее накатывается колесо автомобиля, она моментально превращается в твердую, как асфальт, субстанцию. 

         ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Существует много удивительных вещей вокруг нас, и неньютоновская жидкость яркий этому пример. Мы надеемся, что нам удалось наглядно продемонстрировать ее удивительные свойства.

• По итогам работы были выполнены все поставленные задачи и сделаны все запланированные опыты. Проведенные опыты и презентация проиллюстрировали цель проделанной нами работы. Опыты по выявлению защитных свойств неньютоновской жидкости полностью подтвердили нашу гипотезу. Неньютоновские жидкости могут служить защитной оболочкой от механических воздействий.

• У неньютоновской жидкости богатый потенциал, и мы надеемся, что она найдет еще большее применение в нашей жизни.
•  Наша работа по исследованию неньтоновской жидкости не завершена, мы продолжим свои наблюдения и исследования.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)

2. А.В.Перышкин Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2008 г.

3. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU

4. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=I-SLLQK6tI0

5. Видеоресурсы http://www.nanonewsnet.ru/articles/2012/problemu-rossiskikh-dorog-kazhetsya-mogut-reshit-amerikantsy-s-pomoshchyu-nenyutonovsk