Игрушки из неньютоновской жидкости

Обновлено: 05.05.2024

Вот и дошла наша очередь восторгаться необыкновенными свойствами неньютоновской жидкости 🙂 Так просто ее делать, так мало для этого надо, и так интересно с ней возиться! Даже мне было ужасно любопытно изучать ее волшебные свойства, а уж что говорить о детях! Я давно собиралась попробовать, что это такое, да все откладывала до какого-то «особого случая». Спасибо Кате — она не стала ничего ждать, а как только прочитала в книжке с физическими опытами ее рецепт, сразу пришла ко мне с вопросом: «Где у нас крахмал?». Пришлось доставать крахмал, заводить «тесто», а потом началось настоящее чудо!

К сожалению, фото это плохо передают, потому что самое главное в таких жидкостях — как они себя ведут при работе с ними. Неньютоновская жидкость, это такая жидкость, вязкость которой зависит от изменения скорости. Все мы знаем, что мед — густая жидкость, вязкая — он течет очень медленно и медленно заполняет сосуд, в который его перелили. А молоко — жидкость с малой вязкостью. Она тут же принимает ту форму, которую имеет сосуд и мгновенно растекается по нему. Но мед — это всегда мед, а молоко — всегда молоко. А вот неньютоновские жидкости могут быть и вязкими и тут же совершенно жидкими. Все зависит от того, что с ними делают. Пример такой жидкости — модные сейчас хэндгам (жвачка для рук) и лизун, а еще — обычная болотная трясина или зыбучие пески. А есть еще один вариант неньютоновской жидкости, которая называется «ооблек» («oobleck») . И мы сами легко можем сделать такую жидкость прямо на кухне. Рецепт ее прост: понадобиться только крахмал (картофельный или кукурузный) и вода.

Итак, рецепт неньютоновской жидкости из крахмала: на 2 части крахмала добавить 1 часть воды и перемешать руками.

Кстати, если крахмала взять гораздо больше, то получится тот самый искусственный снег, о котором я как-то рассказывала зимой. Вот, оказывается, сколько всего интересного можно сделать из крахмала, не только кисели 🙂

Неньютоновская жидкость из крахмала

Первые необычности мы заметили еще на этапе смешивания жидкости. По виду и консистенции оно похоже на тесто для блинов. Но вот размешать ее достаточно сложно — она упирается рукам изо всех сил. И кажется, что крахмал так и не растворится в воде. И, действительно, он не растворится. Именно поэтому у жидкости такие интересные свойства. У нас получится суспензия — частички этой жидкости так и остаются обособленными друг от друга и от воды.
Но как только мы перестали стараться размешать крахмал, мы увидели, что жидкость уже перемешана и даже получилась очень однородной. Теперь с ней можно играть и изучать ее свойства.

Что делать с неньютоновской жидкостью?

Сначала мы изучали ее просто на ощупь.
Если быстро мять ее пальцами, сгребать в горсть, лепить комочки, то она ощущается как твердая. Но как только остановишься — все комочки буквально утекают сквозь пальцы. Это уже само по-себе очень необычное явление, с которым можно возиться целый час!

Если жидкость оставить в покое — она стекает

А еще можно попробовать «переливать» жидкость.
Если медленно наклонять миску, то жидкость течет как сметана. Но если резко ее наклонить — она совсем не течет. Поэтому дети придумали фокус, чтобы удивить папу. Витя показал ему миску с колышущейся белой водичкой и сказал, что выльет ее сейчас себе на голову. И не успел папа запротестовать, как Витя опрокинул миску с водой над своей головой — и ничего не произошло, жидкость просто не вылилась! Даже я, которая уже знала, что так и должно случиться, ахнула! Что же говорить о непосвященном в секрет фокуса человеке! Надо будет запомнить этот фокус — покажем на каком-нибудь детском празднике 😉

Жидкость медленно стекает вниз, но ее невозможно ни взболтнуть, ни выплеснуть

Так же невозможно выплеснуть жидкость из миски. Она вообще не брызгается! если взять мячик и бросить его в миску — он просто влипнет в нее и никакого ожидаемого всплеска не будет! Это настолько противоречит нашим бытовым представлениям о свойствах жидкостей, что я все равно отправила детей играть на пол — а вдруг что-то там у них все же выплеснется на ковер? ))) Но ничего не выплеснулось, конечно же)

Если в жидкость что-то бросить — всплеска не будет.

Кстати, любые капельки, которые дети все же накапали из миски, убрать очень легко. Ведь они не проникают в поверхность, а так и лежат совершенно сухими комочками. Их просто собираешь руками и кидаешь обратно в миску, где они тут же превращаются опять в воду.

Еще одна любопытная игра — наблюдать, как в жидкости вязнут игрушки. Если ими резко «топать» по поверхности, то они легко «перебегают» миску прямо по воде аки посуху 🙂 Но если они замешкаются на одном месте, то тут же начинают тонуть. И за несколько секунд полностью погружаются в трясину, из которой их потом очень трудно вытащить. Например, этого стоящего в воде по колено инопланетянчика легче поднять вместе с миской, чем отлепить от нее. Катя до последнего боялась, что ее котенка мы больше там не найдем)))
И теперь мы на собственном опыте прочувствовали, как бывает, когда засасывает болото или зыбучие пески. Вот оно как получается! Мы, конечно, уже видели подобные эффекты на видео, где люди бегали по неньютоновской жидкости, но одно дело видеть на видео, а другое — своими пальцами это почувствовать.

Впечатлений и новых ощущений море! Это не передать ни фото ни словами. Просто разведите крахмал водой, и вы все поймете сами! Если вы еще не делали — идите и делайте прямо сейчас!

Дети познают мир эмпирически – через собственный опыт. Поэтому они любят эксперименты. С помощью неньютоновской жидкости в игровой форме можно рассказать ребёнку о физических свойствах разных веществ. Они смогут почувствовать себя настоящими учёными. Расскажем, как приготовить вязкую субстанцию в домашних условиях и какие опыты можно провести с чудо-жидкостью.

Содержание

Физика – это не только сложный школьный предмет для старшеклассников, но и интересные, достаточно простые в реализации опыты для детей. Проводить их можно всей семьёй.

Мы привыкли к тому, что жидкость льётся, как вода. Но неньютоновская жидкость особенная, она может быть тягучей, пластичной или вязкой, в зависимости от того, какое усилие к ней приложено. Состояние вещества зависит от скорости манипуляций. Если плавно наклонить стакан с неньютоновской жидкостью, она начнёт переливаться через край, как сметана. Но если перевернуть стакан быстро, то всё вещество затвердеет и останется на дне.

Лепка неньютоновской жидкости руками способствует развитию сенсорной чувствительности, совершенствованию мелкой моторики. Занятия действуют успокаивающе, снижают возбудимость, тренируют усидчивость и аккуратность. Поэтому мы очень рекомендуем провести эксперимент с ребёнком, а мы расскажем, как это сделать.

Почему неньютоновскую жидкость так назвали

Исаак Ньютон – учёный, физик, который сделал множество научных открытий. Одна из его идей заключалась в изучении свойств жидкостей, а именно – их вязкости. Он предложил формулу, согласно которой консистенция жидкостей не меняется в зависимости от скорости движения.

Какой-то период эта идея была главенствующей в научном мире, пока не нашли такие жидкие субстанции, которые противоречат этой формуле. Тогда произошло разделение всех жидкостей на ньютоновские и неньютоновские. Одни имеют постоянную вязкость, как вода, а другие – изменчивую. Названия произошли от имени учёного.

В неньютоновских жидкостях густота субстанции зависит от возникающего при движении внутреннего трения между частицами. Чем больше скорость, тем выше трение и, соответственно, более густая консистенция. По такому принципу «работает» популярная игрушка для детей HandGum, которую также называют умным пластилином или жвачкой для рук.

Как приготовить необычное вещество, которое может быть и твёрдым, и жидким

Хендгам, флаббер, ооблек… - звучит как заклинание. А вот и нет, причудливые словечки (наверняка, многие из вас знакомы с ними!) - всего-навсего названия неньютоновских жидкостей, которые мы научимся делать. Это одни из самых необычных веществ, которые совсем не хотят подчиняться законам физики. Да что там, вообще противоречат им. Интересно? Тогда «вооружайтесь» всем необходимым и айда экспериментировать с третьеклассником Шебекинской школы с углублённым изучением отдельных предметов № 1 Андреем Картавых. Он — настоящий знаток этих чудо-веществ: написал исследовательскую работу «Неньютоновские жидкости».

Вначале был… лизун

«Я очень люблю проводить дома эксперименты. Как-то папа подарил мне набор «Как сделать лизуна самостоятельно». Мама помогла мне с инструкцией и вместе мы быстро сделали его. Но вот вопрос: «Что у нас получилось: жидкость или твёрдое тело?» - озадачился Андрей.

Подсказал всезнающий Интернет. Оказывается, игрушка Андрея называется флаббер, или как ещё говорят - «резинка для рук». Она же - неньютоновская жидкость. Ответил на один вопросик — получай другой: «А что такое неньютоновская жидкость?». Решил тогда Андрей: сначала узнаю, что такое ньютоновская жидкость (кстати, назвали её так в честь английского физика Исаака Ньютона, в старших классах ты выучишь сформулированные им законы), а там ясно будет, что за зверь такой эта неньютоновская жидкость.

Твёрдое или жидкое?

«Из книг я узнал, что ньютоновская жидкость – это вода, масло и другие текучие вещества, которые сохраняют своё состояние, что бы мы с ними не делали. Конечно, если речь не идёт об испарении или замораживании», - рассказал Андрей.

Неньютоновская же жидкость - это такое вещество, которое может быть и твёрдым и жидким. Да-да, не удивляйтесь. И такое бывает! Её состояние зависит от того, с какой скоростью мы над ней экспериментируем. Быстро толкаешь, мнёшь, кидаешь, стучишь? Она ведёт себя как твёрдое тело. Остановишься — она тут же в твоих руках растечётся в лужицу.

Крибле-крабле-бумс!

А теперь приготовим три неньютоновские жидкости.

ВНИМАНИЕ! Будь очень осторожен. Попроси родителей приобрести тебе недостающие ингредиенты и поэкспериментируй вместе с ними.

Опыт 1.

Хендгам

самая вязкая жидкость

Нам понадобятся:

1 тюбик белого клея,
2 столовых ложки тетрабората натрия (не бойся такого сложного названия, его можно купить в любой аптеке),
немного гуаши.

Приступим?

Приготовить хендгам, или же, как его ещё называют, жвачку для рук, проще простого. Всего-то нужно смешать все перечисленные ингредиенты. Ты сразу увидишь, что клей «свернулся» и получилась вязкая масса. Немного разомни её руками и получится «хендгам».

Опыт 2.

Ооблек

самая текучая жидкость

Нам понадобятся:

200 грамм крахмала,
100 грамм воды,
несколько капель зелёнки.

Итак…

Добавь в крахмал воду, а затем - несколько капель зелёнки. Перемешай всё, пока не получится однородная смесь. Не удивляйся, она будет очень похожа на сметану. Разве только в отличие от белого лакомства она не съедобная и может быть одновременно и твёрдой и жидкой.

Опыт 3.

Съедобный флаббер

самая вкусная жидкость

Нам понадобятся:

1 банка сгущёнки,
1 столовая ложка кукурузного крахмала.

Приготовим?

Вылей банку сгущёнки в кастрюлю, добавь 1 столовую ложку крахмала. Помешивай раствор на медленном огне, пока он не начнёт густеть. Как увидишь изменения - снимай с плиты. У тебя получится жидкость очень похожая на первую, но в отличие от неё она ещё и съедобная.

Эксперименты продолжаются…

Как ты успел уже понять, неньютоновская жидкость - необычное вещество. Зависят свойства этой привереды от физических воздействий на неё, звуковых волн и скорости. В чём ты сам сейчас убедишься.

Стук-стук

Возьми чашку и налей в неё неньютоновскую жидкость - ооблек. Опусти палец в смесь. Ты увидишь, что он сразу погрузится в неё. Но стоит только начать постукивать по ней, как она тут же она станет упругой и ты уже не сможешь погрузить палец в жидкость.

Игрушка погружается.

Возьми тяжёлый резиновый шарик и вертикально брось его в раствор. Шарик упадёт и утонет в нём. Теперь резко брось игрушку под углом к поверхности жидкости. Шарик отскочит от неё так же, как от твёрдой поверхности.

Что же получается?

Если постукивать по неньютоновской жидкости или резко бросать в неё что-то, то есть говоря научным языком - воздействовать механическими усилиями - она принимает свойства твёрдых тел. Причём чем сильнее воздействовать на жидкость, тем твёрже она будет становиться.

Танцующие «червячки»

Поставь чашку с жидкостью на колонку и включи громкую музыку. Забавно получается: на поверхности образуются причудливые фигуры. Кажется, будто бы жидкость пританцовывает.

А ну-ка переливайся

Возьми две чашки и перелей жидкость из одной в другую. Ты увидишь, что сверху жидкость льётся, а ниже становится твёрже. Дальше ещё интересней. Если медленно наклонять чашку, то жидкость течёт как сметана, а если резко - она совсем не течёт. А выплеснуть жидкость из чашки вообще невозможно. Она даже не брызгается!

Это интересно!

Неньютоновские жидкости бывают природными и производственными. Наверняка ты знаешь и те и другие, просто не задумывался, что они относятся к этим чудо-веществам. К примеру, природные - это зыбучие пески и болотная трясина. А вот с производственными мы встречаемся каждый день - это гели для душа, зубная паста, жидкое мыло, мази, масляные краски и даже майонез, сгущёнка и мёд!

Неньютоновские жидкости своими руками

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность темы

Жидкости в окружающем нас мире встречаются повсеместно. Свойства жидкостей знакомы каждому, и любой человек, взаимодействующий с ними, в той или иной степени может предугадать, как поведёт себя какая-либо жидкость в конкретной ситуации. Но однажды в научно-популярной телепередаче «Галилео» я увидел необычную жидкость, которая вела себя не совсем привычным образом: она могла быть и твёрдой, и жидкой одновременно. Ведущий назвал эту жидкость неньютоновской.

Проблема: Что такое неньютоновские жидкости? Можно ли сделать их самому и где найти им применение?

Тема моего исследования: Неньютоновские жидкости своими руками.

Объект исследования – неньютоновские жидкости, полученные в домашних условиях

Предмет исследования – свойства неньютоновских жидкостей

Цель исследования – установление взаимосвязи между свойствами неньютоновских жидкостей и их применением.

Гипотеза: Если знать свойства неньютоновских жидкостей, то можно найти им применение в окружающем нас мире.

Для достижения цели мне необходимо было реализовать следующие задачи:

Изучить литературу по данной теме и узнать свойства неньютоновских жидкостей.
Провести опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что они знают о неньютоновских жидкостях.
Изготовить неньютоновские жидкости в домашних условиях.
Экспериментально исследовать свойства полученных неньютоновских жидкостей.
Найти применение полученным неньютоновским жидкостям.

Методы исследования:

теоретические методы: сравнение;
эмпирические методы: изучение литературных источников и ресурсов Интернет, опрос, наблюдение, эксперимент

Краткий литературный обзор

Для более глубокого понимания изучаемой проблемы я прочитал книги: Л.Я. Гальперштейн «Забавная физика», О. Живаго Большая книга «Почему», В.А.Чуянов. «Энциклопедический словарь юного физика», изучил материал из сети Интернет.

Изучив различные источники информации, я узнал, что существует необычная жидкость, которая называется неньютоновской, она обладает удивительными свойствами: при малых нагрузках мягкая, тягучая и эластичная, а при больших нагрузках становится твёрдой и очень упругой. Первые работы о свойствах неньютоновских жидкостей появились в 50-х годах прошлого века и были связаны с развитием биомеханики, бионики, пищевой промышленности. Широкое использование полимерных и производственных жидкостей в настоящее время вновь вызвало интерес к неньютоновским жидкостям.

Характеристика личного вклада в решение избранной проблемы

В домашних условиях получены неньютоновские жидкости ооблек, флаббер и хендгам, изучены их свойства, найдено им применение: изготовлены мячики-антистрессы, умный пластилин и игрушка «лизун», выпущены буклеты с технологией изготовления данных предметов, получен отзыв специалистов о пользе полученных игрушек.

Практическая значимость

Данное исследование может быть использовано на уроках окружающего мира в начальной школе при изучении темы «Жидкие и твёрдые вещества», а также на уроках технологии при работе с пластилином. Кроме того, игрушки, изготовленные на основе неньютоновских жидкостей, помогут для развития мелкой моторики рук, для снятия нервного напряжения.

1.1.Что такое жидкость

Что же такое жидкость? В толковом словаре Ожегова жидкость – это вещество, обладающее свойством течь и принимать форму сосуда, в который она выливается. Жидкость – это одно из состояний вещества. Таких состояний три, их ещё называют агрегатными. Это газ, жидкость и твёрдое вещество. Жидким вещество называют, если оно обладает свойством неограниченно менять форму под внешним воздействием, сохраняя при этом объём. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое [3].

Жидкости бывают идеальные и реальные. Идеальные – невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью объёма под воздействием внешних сил. Реальные – вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиями и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений [2].

1.2.Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Реальные жидкости можно разделить на ньютоновские и неньютоновские. Разберёмся, почему они имеют такие названия. Этим они обязаны английскому ученому Исааку Ньютону. Ещё в конце XVII века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести вёслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон вязкого трения жидкостей, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на неё. Соответственно, тогда ньютоновская жидкость - это любая жидкость, течение которой происходит согласно закону вязкого трения Ньютона. Эта жидкость будет продолжать обладать текучими свойствами в независимости от того, какие силы действуют на неё. К ньютоновским относятся однородные жидкости. Ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют своё агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали (если речь не идёт об испарении или замораживании, конечно). Если воздействовать механически на обычную жидкость то, чем сильнее воздействие, тем быстрее она будет течь и менять свою форму [1].

Жидкость, которая не подчиняется закону вязкого трения, считается неньютоновской. Если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект. Вязкость жидкости очень сильно увеличивается, и она начинает вести себя почти как твёрдое тело. Связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на неё, в следствии мы столкнёмся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей [4]. Простейшим наглядным бытовым примером неньютоновской жидкости может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше её вязкость [5].

Почему же неньютоновские жидкости так себя ведут? В неньютоновской жидкости частицы крахмала набухают в воде, и между ними формируются физические контакты в виде хаотически сплетённых групп молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии эти связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешние воздействия, как упругая пружина. При медленном воздействии эти зацепления успевают растянуться и распутаться, сетка рвётся, и молекулы равномерно расходятся [6].

1.3.Неньютоновские жидкости вокруг нас

Неньютоновские жидкости бывают природными и производственными. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. К примеру, природные неньютоновские жидкости - это зыбучие пески и болотная трясина. А вот с производственными неньютоновскими жидкостями мы встречаемся каждый день. Это гели для душа, зубная паста, жидкое мыло, мази, масляные краски и даже майонез, сгущёнка и мёд! [6]

1.4.Применение неньютоновских жидкостей

Неньютоновские жидкости с каждым годом всё больше завоёвывают наш мир. Для того чтобы защитить авиапассажиров, международная команда учёных разработала специальную сумку-чехол, которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолёта.

Группа студентов США предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Новый тип бронежилета создали специалисты из британской компании.

Чтобы косметика держалась на коже, её делают вязкой, будь это жидкий тональный крем, блеск для губ, подводка для глаз, тушь для ресниц, лосьоны или лак для ногтей.

Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы её было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания. Продукты с большой вязкостью, например, соусы, очень удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты.

Игрушки «Умный пластилин», силиконовый «Лизун» заслужили популярность благодаря своим забавным свойствам: одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться [5].

Выводы по первой главе:

Существует много удивительных вещей вокруг нас, и неньютоновская жидкость яркий тому пример. Выяснено, что неньютоновские жидкости окружают нас повсюду, они вовсе не являются редкими и экзотичными.

Неньютоновские жидкости своими руками

2.1. Что мы знаем о неньютоновских жидкостях?

Своё исследование я начал с опроса одноклассников, чтобы выяснить, что они знают о неньютоновских жидкостях. Я предложил им такие вопросы:

Что такое неньютоновская жидкость?
Как приготовить неньютоновскую жидкость?
Где используются неньютоновские жидкости?

В опросе приняли участие 25 человек. Ни на один вопрос они не смогли дать положительного ответа. Тогда я решил попробовать сделать неньютоновские жидкости сам и рассказать об этом ребятам. Из литературы узнал, что в домашних условиях легче всего сделать такие неньютоновские жидкости, как ооблек, флаббер и хендгам.

2.2. Ооблек – самая текучая неньютоновская жидкость

Самой текучей неньютоновской жидкостью является ооблек. Такую жидкость можно легко сделать на кухне. Рецепт её прост: понадобится только крахмал (картофельный или кукурузный) и вода. Я взял 1 часть крахмала и 1/2 часть воды, перемешал до однородного вязкого состояния, получил смесь, похожую на сметану. Первые необычности я заметил ещё на этапе смешивания жидкости. По виду и консистенции она похожа на тесто для блинов. Но вот размешать очень даже сложно - она упирается изо всех сил. И, кажется, что крахмал так и не растворится в воде. И, действительно, он не растворится. Именно поэтому у жидкости такие интересные свойства. У меня получилась суспензия - частички этой жидкости так и остаются обособленными друг от друга и от воды. Но как только я перестал стараться размешать крахмал, я увидел, что жидкость уже перемешана и даже получилась очень однородной (см. Приложение 1). Получив жидкость ооблек, я решил изучить некоторые её свойства и сравнить их со свойствами воды (см. Приложение 2).

Опыт 1. Твёрдое или жидкое? Я налил в миски воду и неньютоновскую жидкость. Набрал в руку воду, она свободно утекла сквозь пальцы. Тогда я опустил руку в миску с неньютоновской жидкостью и стал быстро мять её, сгребать в горсть, лепить комочки, она ощущалась как твёрдое тело. Но как только я остановился, все комочки растеклись в лужицу. Я опустил палец в воду, он свободно погрузился в неё. Когда опустил палец в неньютоновскую жидкость, он тоже погрузился. Но стоило только начать постукивать, как неньютоновская жидкость стала упругой, и я уже не смог погрузить палец.

Затем взял мячик и бросил его в миску с водой, мячик утонул, вода разбрызгалась. Когда бросил мячик в неньютоновскую жидкость, он просто влип в неё, и никакого ожидаемого всплеска не было. Бросил мячик резко под углом к поверхности жидкости. В воде мячик утонул, оставив после себя капли воды от брызг, а от неньютоновской жидкости отскочил, как от твёрдой поверхности. Ещё я заметил, что любые капельки, которые всё же могут накапать, когда достаёшь мячик из миски с неньютоновской жидкостью, убрать очень легко. Они лежат совершенно сухими комочками, поэтому я собрал их руками и бросил обратно в миску, где они снова превратились в жидкость. Вывод: Неньютоновская жидкость обладает способностью твердеть при сжатии или ударе. Чем сильнее воздействовать на жидкость, тем твёрже она будет становиться.

Опыт 2. Определение текучести. Я попробовал перелить воду и неньютоновскую жидкость в другие миски. Вода свободно перелилась. А вот с неньютоновской жидкостью не всё так просто вышло. Оказалось, что сверху жидкость льётся, а ниже становится твёрже. Если медленно наклонять миску, то жидкость течёт, как сметана, а если резко - она совсем не течёт. А выплеснуть жидкость из миски вообще невозможно. Вывод: Вода и неньютоновская жидкость обладают текучестью, то есть они не имеют способности самостоятельно сохранять свою форму, но при механическом воздействии на неньютоновскую жидкость это свойство у неё пропадает. Она принимает свойства твёрдых тел.

Опыт 3. Определение вязкости. Я взял игрушки в виде фигурок человечков и решил понаблюдать, что с ними произойдёт в жидкостях. В воде они сразу погрузились на дно миски. А в неньютоновской жидкости, если ими резко «топать» по поверхности, то они легко «перебегают» миску. Но если их оставить на одном месте, то тут же начинают тонуть и за несколько секунд полностью погружаются в трясину, из которой их потом очень трудно вытащить. И теперь я наглядно представил, как бывает, когда засасывает болото или зыбучие пески. Вывод: Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению слоёв жидкости. Неньютоновская жидкость обладает значительной вязкостью при механическом воздействии, у воды вязкость незначительная.

Опыт 4. Танцующая жидкость. Из литературы я узнал, что неньютоновские жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причём не только механическим воздействием, но и даже звуковыми волнами. Попробовал и я воздействовать на неньютоновскую жидкость звуком. Для этого налил немного жидкости в кювету и поставил на динамик. Жидкость под воздействием звуковых волн начала «танцевать», т.е. на её поверхности появились бугорки, волны, всплески. Сделал то же с водой. Она начала просто вибрировать. Вывод: От разнообразия звуковых волн неньютоновская жидкость ведёт себя по-разному: где-то уплотняясь, где-то нет, отчего и образуется живой танцующий эффект.

Опыт 5. Определение смешиваемости. В прозрачные ёмкости налил воду и неньютоновскую жидкость, добавил краску, перемешал. Краска в воде растворилась быстро, изменила цвет, стала непрозрачной. В неньютоновской жидкости краску пришлось размешивать дольше, в результате цвет жидкости тоже изменился. Вывод: У воды смешиваемость быстрее, у неньютоновской жидкости дольше.

С уроков окружающего мира я знаю, что вода при нагревании может перейти в пар, а при замерзании превратиться в лёд. А что же произойдёт с неньютоновской жидкостью, если её нагреть или заморозить?

Опыт 6. Определение испарения. В раскалённую на огне посуду вылил воду, вода закипела, через некоторое время выкипела вся, в посуде её не осталось, она превратилась в пар. Неньютоновская жидкость «жарилась», как блинчик, и осталась в посуде. Вода при испарении не имела запаха, а неньютоновская жидкость имела приятный запах. Вывод: Вода при нагревании испаряется и переходит в пар, а неньютоновская жидкость превращается в однородную желеобразную массу, так как она плотная и вязкая, вода из неё испаряется.

Опыт 7. Определение замерзания. В одну ёмкость налил воду, а в другую неньютоновскую жидкость и поместил в морозильную камеру. Через 6 часов заморозки я увидел, что вода превратилась в лёд, неньютоновская жидкость тоже замёрзла, но разделилась на два слоя. Крахмал осел на дно ёмкости, вода была сверху. Вывод: При замерзании вода стала льдом, а неньютоновская жидкость замороженной массой.

Я знаю, что вода может переходить из одного состояния в другое и, становясь вновь жидкой, сохраняет свои свойства. А неньютоновская жидкость как себя поведёт? Я проверил её после нагревания и разморозки. Оказалось, что, поджарившись на сковороде, она утратила свои свойства, а после размораживания сохранила. Результаты опытов я занёс в таблицу.

Неньютоновская жидкость. Что это?

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Жидкость окружает нас повсюду. Люди состоят в основном из воды. Мы сталкиваемся с использованием жидкости всегда и везде: пьём, умываемся, купаемся… Как мы представляем себе жидкость? Какими свойствами должна она обладать? Наверное, должна литься, растекаться, принимать форму того сосуда, в который её залили. Казалось, мы знаем о жидкости всё. Но, как оказалось, не всё мы знаем о ней. Ни все жидкости такие, какими мы привыкли их видеть. Однажды я увидел в интернете видеофильм о том, как проводят опыты с необычной жидкостью. Что это? Почему она не похожа на воду, молоко, бензин? Мне это показалось увлекательным и восхитительным! Так как фильм был коротким, из него я узнал совсем мало. Поэтому решил поподробнее узнать, что это за жидкость, и из чего ее изготавливают.

Цель исследования: узнать, что такое неньютоновская жидкость, какими необычными свойствами она обладает, и где ее применяют.

Задачи исследования:

1)изучить литературу по теме исследования;

2)узнать области применения;

2)создать неньютоновскую жидкость;

3)провести эксперименты, демонстрирующие свойства неньютоновской жидкости в домашних условиях;

Объект исследования: неньютоновская жидкость.

Предмет исследования: свойства неньютоновской жидкости.

Гипотеза: предположим, что данная жидкость по своим свойствам отличается от привычного нам понятия жидкости.

Методы исследования:

1.1 Что такое неньютоновская жидкость?

Жидкость в окружающем нас мире встречается повсеместно. Свойства жидкостей знакомы каждому, и любой человек, взаимодействующий с ними в той или иной степени, может предугадать, как поведет себя какая-либо жидкость в конкретной ситуации. Жидкости, свойства которых мы привыкли наблюдать в ежедневном использовании, подчиняются закону Ньютона, называются ньютоновскими. Ньютоновская жидкость названа в честь Исаака Ньютона, который открыл закон вязкого трения для жидкостей.

Исаак Ньютон (1643-1727) — английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики. Один из основоположников современной физики, сформулировал основные законы механики и был создателем единой физической программы описания всех физических явлений на базе механики, открыл закон всемирного тяготения, объяснил движение планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а также приливы в океанах. Ньютоновская жидкость, вязкая жидкость, подчиняющаяся при своём течении закону вязкого трения Ньютона. Еще в конце XVII века великий физик обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее. Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействием, но даже и звуковыми волнами. Чем сильнее воздействие на обычную жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект - жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшении скорости тока жидкости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. Соответственно, неньютоновская жидкость – это жидкость, на которую не действуют законы Ньютона.( Приложение 1)

Области применения неньютоновских жидкостей.

Неньютоновские жидкости с каждым годом все больше завоевывают наш мир. Ученым нравится этот материал, и они с завидным постоянством радуют нас новыми интересными идеями применения неньютоновских жидкостей.

Рассмотрим несколько вариантов использования и применения неньютоновских жидкости в мире в настоящее время:

«Жидкая сумка» . Для того чтобы защитить авиапассажиров, международная команда ученых разработала специальную сумку-чехол, которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолета. (Приложение 2)

В косметологии:

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. (Приложение 3)

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. Обладающая 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. (Приложение 4)

В автомобильной промышленности:

Неньютоновские жидкости используются в автомобильной промышленности: моторные масла синтетического производства на основе неньютоновской жидкости обладают отчетливо выраженными преимуществами, в частности они создают защитную пленку смазочного материала, которая никогда не стекает с рабочих поверхностей двигателя. Мы развели неньютоновскую жидкость в таз, и нам удалось побегать на неньютоновской жидкости. (Приложение 5)

2.1 Изготовление неньютоновской жидкости.

Мы сами легко можем сделать вариант неньютоновской жидкости, которая называется "ооблек" ("oobleck ) Рецепт ее прост.

Приготовление крахмального раствора

Цель: получить неньютоновскую жидкость.

Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный) и вода. В глубокую миску высыпали крахмал и добавили воду. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания получили нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. (Приложение 6)

Нечто необычное мы заметили, как только стали смешивать крахмал и воду. По виду это был кисель или тесто для блинов. Но размешать её было непросто. Казалось, что не сможем растворить крахмал. Оказывается, он и не растворится. Поэтому у нашей жидкости свойства интересные.

Попробуем изучить свойства жидкости.

2.2. Изучение физических свойств вязкой массы - неньютоновской жидкости.

Проведём несколько опытов и посмотрим, как неньютоновская жидкость будет себя вести при различном воздействии на неё.

Опыт 1.

Я опустил руку в жидкую массу и резко попробовал сжать пальцы внутри нее. Также можно резко попробовать вытащить руку из нее. Главное все это делать быстро. В ходе проведения опыта можно заметить, что при резком воздействии на неньютоновскую жидкость она моментально крепчает. (Приложение 7)

Вывод: таким образом, резко сжать внутри нее пальцы не получится, и резко вынуть руку тоже, несмотря на то, что при медленном погружении в нее руки мы чувствовали обыкновенную жидкость.

Опыт 2 .

При медленном погружении сжатого кулака в неньютоновскую жидкость, она проявляет свойства обычной жидкости и не оказывает сопротивления. Но если по ней резко ударить, то она мгновенно превратится в более плотное вещество, и, пробить ее не получится. (Приложение 8)

Вывод: при быстром и резком взаимодействии она становится похожей на твердое тело, а при медленном воздействии становится жидкостью.

Опыт 3

Мы попробовали скатать из данной жидкости шарик. Надо быстро потереть её в ладонях. Из-за трения образовывался небольшой твёрдый шарик, (Приложение 9) но когда прекращаешь воздействовать на нее, шарик моментально растекается в руках. (Приложение 10)

Вывод: при воздействии на жидкость, она твердеет, при прекращении воздействия – растекается.

Опыт 4

Мы попробовали перелить жидкость из одного сосуда в другой.

При переливании неньютоновской жидкости из одного сосуда в другой, мы увидели, что она вновь проявляет как свойства твердого вещества, так и жидкого. При вытекании жидкости из одного сосуда, как и в момент своего падения, она остается жидкой, но при взаимодействии с поверхностью другого сосуда, или любой другой твердой поверхностью она на секунды столкновения становится твердой, и вновь растекается.

Вывод: при падении жидкость проявляет свойства жидких тел, пр соприкосновении с твёрдой поверхностью – твёрдых тел.

Опыт 5

Взяли яйцо, положили его в пакет с водой, бросили с высоты данный пакет в ведро. Яйцо при ударе разбилось. Взяли другое яйцо и положили его в пакет с неньютоновской жидкостью. Точно так же бросили с высоты в ведро, но яйцо не разбилось. (Приложение 11)

Вывод: при ударе о ведро жидкость повела себя как твердое тело.

Опыт 6

Мы пробовали забить гвоздь в брусок в сосуде с водой. Это нам не удалось, так как вода разбрызгивалась, брусок тонул и снова всплывал. Зато в брусок, который находился в неньютоновской жидкости, мы легко забили гвоздь. Так как жидкость принимала свойства твердого тела.

Вывод: при воздействии на жидкость, она принимает свойства твёрдого тела.

Опыт 7

Приготовив большое количество жидкости, я попробовал по ней побегать. Интересно, что пока я перебирал ногами, оставался на поверхности. Как только останавливался, погружался в жидкость.

Вывод: жидкость твёрдая, пока на неё воздействует сила.

Обычная ньютоновская жидкость всегда проявляет свойства жидкости, какие бы силы к ней не прикладывали. Вода - типичный пример – не становится плотной, вязкой.

Неньютоновские же жидкости ведут себя по-другому, то, как она будет себя вести, зависит от характера воздействия на неё.

В ходе исследования мы провели опыты, показывающие занимательные свойства жидкости. Мы показали, что частицы крахмала набухают в воде и формируются контакты в виде хаотически сплетенных молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешнее воздействие, как упругая пружина. При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться. Сетка рвется и молекулы расходятся.

В своей работе мы показали маленькую часть того, что известно о неньютоновской жидкости.

Мы узнали, насколько распространены такие жидкости. Оказывается, область применения их обширна и мы думаем, что они найдут ещё большее применение.

Выдвинутая гипотеза о свойствах неньютоновской жидкости доказана с помощью проведенных нами опытов. Неньютоновская жидкость принимает свойства жидкого и твёрдого тела, чего не может сделать ньютоновская жидкость.

Неньютоновская жидкость – это пример того, что вокруг нас много удивительных вещей. Изучая данную жидкость и проделывая с ней различные опыты, мы получили массу впечатлений и новых открытий.

Информационные ресурсы

3.Энциклопедический словарь юного физика / Сост.В.А.Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991. – 336с.

4. Детская энциклопедия , т.3, Вещество и энергия, – 3-е изд., М.: Педагогика, 1973. – 544с.

Читайте также: