проект "Неньютоновская жидкость

МБОУ «Краснопоймовская средняя общеобразовательная школа»

Проект на тему;

«НЕНЬЮТОНОВСКАЯ ЖИДКОСТЬ»

                                                      Выполнили: Лодырева Дарья,   Козлова Татьяна, 9 А класс

Содержание

1. Введение

    Актуальность исследовательской работы                                               стр.4

    Методы исследования                                                                               стр.4

    Цели                                                                                                             стр.4

2. Теоретическая часть                                                                                  стр.5

    Определение ньютоновской жидкости                                                    стр.5

    Основные физические свойств жидкостей                                              стр.6

                Форма и объем                                                                                стр.6

                Вязкость                                                                                           стр.6

                Теплоемкость                                                                                   стр.6

                Поверхностное натяжение                                                             стр.7

                Текучесть                                                                                         стр.7

                Смешиваемость                                                                               стр.7

                Диффузия                                                                                         стр.7

                Испарение и конденсация жидкостей                                           стр.8

                Сжимаемость                                                                                   стр.8

                Механические свойства жидкости                                                стр.8

          Перегрев и переохлаждение                                                           стр.9

     Определение неньютоновской жидкости                                                стр.10

     Применение неньютоновской жидкости                                                 стр.11

                 Применение в косметологии                                                         стр.11

                 Применение в кулинарии                                                              стр.12

                 Применение в медицине                                                                стр.12

                 Применение в технике                                                                   стр.13

     Сравнение ньютоновской жидкости с неньютоновской                        стр.14

3. Исследования                                                                                              стр.15

    Приготовление неньютоновской жидкости                                             стр.15

    Приготовление ферромагнитной жидкости                                             стр.16

    Приготовление игрушки - Лизуна                                                             стр.17

4. Заключение и выводы                                                                                 стр.18

5. Список используемой литературы                                                             стр.19

1. Введение

Актуальность исследовательской работы:

Нас окружает огромное количество жидкостей. Жидкость окружает везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь, из воды мы вышли и к воде всегда возвращаемся. Мы все время сталкиваемся с использованием жидкостей, пьем чай, заливаем бензин в автомобиль, наливаем масло на сковороду и т.д. Основным свойством жидкости можно назвать то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия. 
Но оказалось, что не все жидкости ведут себя привычным образом. Это так называемые неньютоновские жидкости. Мы заинтересовались необычными свойствами таких жидкостей и провели несколько опытов.

Цели:

1. Изучить некоторые физические свойства ньютоновской жидкости.
2. Получить неньютоновскую жидкость.
3. Изучить некоторые физические свойства неньютоновской жидкости.
4. Сравнить неньютоновскую жидкость с ньютоновской жидкостью.

Методы исследования:

1. Изучение теоретических материалов.
2. Проведение опытов.
3. Наблюдение.

2. Теоретическая часть

Определение Ньютоновской жидкости

Ньютоновская жидкость - это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость. Простыми словами, это означает, что жидкость продолжает течение вне зависимости от сил, действующих на нее. Например, вода является Ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания, в противоположность Неньютоновским жидкостям, вязкость которых изменяется в зависимости от скорости тока жидкости — к примеру перемешивание может оставлять «дыру» позади, которая понемногу заполняется, а при уменьшении толщины слоя жидкости происходит скачок вязкости из-за изменения скорости течения жидкости (это наблюдается у некоторых неподтекающих красок, которые легко наносятся, но становятся более вязкими на стенах).

Основные физические свойства ньютоновской жидкости

Форма и объем

Самые первые физические свойства жидкости, которые приходят на ум при упоминании этого агрегатного состояния, это способность менять форму и занимать определенный объем. Так, например, если говорить о форме жидких веществ, то общепринято считать ее отсутствующей. Однако это не так. Под действием всем известной силы тяжести капли вещества подвергаются некоей деформации, поэтому их форма нарушается и становится неопределенной. Однако если поместить каплю в условия, при которых гравитация не действует или сильно ограничена, то она примет идеальную форму шара. Что касается объема, то здесь следует заметить общие свойства газов и жидкостей. И те и другие способны занимать весь объем пространства, в котором находятся, ограничиваясь лишь стенками сосуда.

Вязкость

Физические свойства жидкости весьма разнообразны. Но уникальным является такое из них, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные параметры, от которых зависит рассматриваемая величина, это:

1. касательное напряжение;
2. градиент скорости движения.

Зависимость указанных величин линейная. Если же объяснить более простыми словам, то вязкость, как и объем, - это такие свойства жидкостей и газов, которые являются для них общими и подразумевают неограниченное движение независимо от внешних сил воздействия. То есть если вода вытекает из сосуда, она будет продолжать это делать при любых воздействиях (сила тяжести, трения и прочих параметрах). В этом состоит отличие от неньютоновских жидкостей, которые обладают большей вязкостью и могут оставлять вслед за движением дыры, заполняющиеся со временем. От чего же будет зависеть данный показатель? От температуры. С увеличением температуры вязкость одних жидкостей увеличивается, а других, наоборот, уменьшается. Это зависит от конкретного соединения и его химического строения. От давления. Повышение вызывает увеличение показателя вязкости. От химического состава вещества. Вязкость изменяется при наличии примесей и посторонних компонентов в навеске чистого вещества.

Теплоемкость

Этот термин определяет способность вещества поглощать определенное количество тепла для увеличения собственной температуры на один градус по Цельсию. Существуют разные соединения по данному показателю. Одни обладают большей, другие меньшей теплоемкостью. Так, например, вода - очень хороший теплонакопитель, что позволяет ее широко использовать для систем отопления, приготовления пищи и прочих нужд.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: "Назовите свойства жидкостей" сразу вспоминают о поверхностном натяжении. Ведь с ним детей знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый предмет объясняет этот важный параметр со своей стороны. Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это граница раздела фаз. То есть в то время, когда жидкость заняла определенный объем, она снаружи граничит с газовой средой - воздухом, паром или еще каким-либо веществом. Таким образом, на месте соприкосновения возникает разделение фаз. При этом молекулы стремятся окружить себя как можно большим числом частиц и, таким образом, приводят как бы к сжиманию жидкости в целом. Следовательно, поверхность словно натягивается. Этим же свойством можно объяснить и шарообразную форму капель жидкости при отсутствии воздействия сил тяжести. Ведь именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы.

Текучесть

Есть общие свойства жидкостей и твердых тел. Одно из них - текучесть. Вся разница в том, что для первых она неограниченна. В чем заключается суть этого параметра? Если приложить внешнее воздействие к жидкому телу, то оно разделится на части и отделит их друг от друга, то есть перетечет. При этом каждая часть снова заполнит весь объем сосуда. Для твердых тел это свойство ограниченно и зависит от внешних условий.

Смешиваемость

Смешиваемость — способность жидкостей растворяться друг в друге. Пример смешиваемых жидкостей: вода и этиловый спирт, пример несмешиваемых: вода и жидкое масло.

Диффузия

При нахождении в сосуде двух смешиваемых жидкостей молекулы в результате теплового движения начинают постепенно проходить через поверхность раздела, и таким образом жидкости постепенно смешиваются. Это явление называется диффузией (происходит также и в веществах, находящихся в других агрегатных состояниях).

Испарение и конденсация жидкостей

Это еще два свойства жидкости. Физика дает им следующие объяснения: Испарение - это процесс, который характеризует постепенный переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Происходит это под действием тепловых воздействий на жидкость. Молекулы приходят в движение и, меняя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может происходить до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар (для открытых систем). Или же до установления равновесия (для замкнутых сосудов). Конденсация  - процесс, противоположный выше обозначенному. Здесь пар переходит в молекулы жидкости. Так происходит до установления равновесия или полного фазового перехода. Пар отдает в жидкость большее количество частиц, чем она ему. Типичные примеры этих двух процессов в природе - испарение воды с поверхности  Мирового океана, конденсация ее в верхних слоях атмосферы, а затем выпадение в виде осадков.

Сжимаемость

Основные свойства жидкости были бы неполными, если бы мы не упомянули о сжимаемости. Конечно, этот параметр больше характерен для газовых систем. Однако и рассматриваемые нами свойства также могут поддаваться сжатию при определенных условиях. Главное отличие - это скорость процесса и его равномерность. Если газ можно сжать быстро и под небольшим давлением, то жидкости сжимаются неравномерно, достаточно долго и при специальных условиях.

Механические свойства жидкости

Данные свойства являются предметом изучения такой науки, как гидромеханика. Конкретно - ее раздела, теории механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам,  характеризующим рассматриваемое агрегатное состояние веществ, относятся: плотность; удельный вес; вязкость. Под плотностью жидкого тела понимают его массу, которая содержится в одной единице объема. Данный показатель для разных соединений варьируется. Существуют уже рассчитанные и измеренные экспериментальным путем данные по этому показателю, которые занесены в специальные таблицы. Удельным весом принято считать вес одной единицы объема жидкости. Данный показатель сильно зависит от температуры (при повышении ее вес снижается). Для чего следует изучать механические свойства жидкостей? Данные знания являются важными для понимания процессов, происходящих в природе, внутри человеческого организма. Также при создании технических средств, различной продукции. Ведь жидкие вещества - одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Перегрев и переохлаждение

Жидкость можно нагреть выше точки кипения таким образом, что кипения не происходит. Для этого необходим равномерный нагрев, без значительных перепадов температуры в пределах объёма и без механических воздействий, таких, как вибрация. Если в перегретую жидкость бросить что-либо, она мгновенно вскипает. Перегретую воду легко получить в микроволновой печи.

Переохлаждение — охлаждение жидкости ниже точки замерзания без превращения в твёрдое агрегатное состояние. Как и для перегрева, для переохлаждения необходимо отсутствие вибрации и значительных перепадов температуры.

Определение неньютоновской жидкости

Неньютоновская жидкость - это жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.  Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Простыми словами Неньютоновская жидкость отличается тем, что ее вязкость зависит от скорости взаимодействия с ней (бьешь молотком со всей силы - она твердая, аккуратно окунаешь тот же молоток - ведет себя как вода).

Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше вязкость жидкости.

Применение неньютоновских жидкостей

В мире, как ни странно, очень популярны данные жидкости. 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.

Применение в косметологии

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.

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.

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.

Применение в технике

Неньютоновские жидкости используются в автопроме, моторные масла синтетического производства на основе неньютоновских жидкостей уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз, при повышении оборотов двигателя, позволяя при этом уменьшить трение в двигатели.

Сравнение ньютоновской жидкости с неньютоновской

Результаты: Полученные нами жидкости имеют разный вид и отличаются друг от друга вязкостью и плотностью, но в то же время они обладают общими свойствами. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее, в следствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при увеличении скорости тока жидкости.

3. Исследовательская часть

Приготовление неньютоновской жидкости

Оборудование: вода, крахмал, чаша.

Ход приготовления:

    1. Возьмем чашу с водой и крахмалом.

     2. Смешаем в равных долях вещества. 

Описание исследования жидкости:  Заметили, если мешать быстро, чувствуется сопротивление, а если медленнее, то нет. Получившуюся жидкость можно налить в руку и попробовать скатать шарик. При воздействии на жидкость, пока мы будем катать шарик, в руках будет твердый шар из жидкости, причем, чем быстрее и сильнее мы будем на него воздействовать, тем плотнее и тверже будет наш шарик. Как только мы разожмем руки, твердый до этого времени шар тут же растечется по руке. Связано это будет с тем, что после прекращения воздействия на него, жидкость снова примет свойства жидкой фазы.

Приготовление ферромагнитной жидкости

Оборудование: тонер для лазерного принтера, моторное масло (или же подсолнечное), чаша.

Ход приготовления:

1. Для этого возьмём масло, а также тонер для лазерного принтера (субстанция в виде порошка).
2. Теперь смешаем оба ингредиента до консистенции сметаны.

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

Приготовление игрушки - Лизуна

Оборудование: клей пва, вода, тетраборат натрия (боракс или бура), пищевой

краситель (или зеленка), чаша.

Ход приготовления:

1. Растворяем столовую ложку боракса в стакане воды.
2. Четверть стакана воды и четверть стакана клея превращаем в однородную смесь в другой посуде. При желании туда же добавляем краситель. 
3. Перемешивая клеевую смесь, постепенно добавляем туда раствор буры, примерно полстакана. Мешаем до получения желеобразной однородной массы.

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.

4. Заключение и выводы

В результате проделанной работы был проведён обзор теоретического материала из разных источников информации. В результате проведенных опытов, была изготовлена неньютоновская жидкость, над которой проведена серия экспериментов.

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:
1. Если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее, то нет.

2. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело.

3. Также если поднести к ферромагнитной жидкости мощный магнит, она производит определенные движения, например, становится похожей на ежика, встает горбом и т.д.

Существует много удивительных вещей вокруг нас, и неньютоновская жидкость яркий этому пример. Я надеюсь, что мне удалось наглядно продемонстрировать ее удивительные свойства.
По итогам работы были выполнены все поставленные задачи и сделаны все запланированные опыты.

5. Список используемой литературы

Методические материалы:

1.  А. В. Перышкин. Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2008 г.
2.  Л.К.  Зарембо, Б.М. Болотовский, И.П.  Стаханов и др. Школьникам о современной физике. Просвещение, 2006 г.
3. О.Ф.  Кабардин, Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988 г.

Интернет-ресурсы:

1. http://ru.wikipedia.org
2. http://www.google.ru
3. http://nglib.ru
4. http://ngpedia.ru

МБОУ «Краснопоймовская средняя общеобразовательная школа»

Тезисы
исследовательской работы  

Тема «Неньютоновская жидкость».

   Работа написана с целью ознакомления с некоторыми  физическими свойствами ньтоновской и неньютоновской жидкости. Изучив теоретические материалы, мы сравнили свойства ньютоновской и  неньютоновской жидкостей. Выяснили, какие  жидкости,   которые чаще всего встречаются в нашей жизни, являются неньютоновской жидкостью и каковы ее свойства. Затем провели многочисленные опыты по изготовлению неньютоновской, ферромагнитной жидкости, а также научились использовать эту жидкость для изготовления игрушек.  Хочу продемонстрировать аудитории заранее изготовленные жидкости и показать их некоторые свойства, а также научить правильно изготавливать такие жидкости и применять.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ 1)  А. В. Перышкин. Физика 7 класс, Дрофа, Москва, 2008 г.  2)  Л.К.  Зарембо, Б.М. Болотовский, И.П.  Стаханов и др. Школьникам о современной физике. Просвещение, 2006 г.
3) О.Ф.  Кабардин, Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988 г.