Муниципальное общеобразовательное  бюджетное учреждение

средняя общеобразовательная школа №8 им. А.Г. Ломакина

(МОБУ СОШ № 8 им. А.Г. Ломакина)

Исследовательская работа 

Тема: «Неньютоновская жидкость: ее свойства и область применения»

Автор работы:

Потапенко Анастасия Владимировна, 3-«А» класс

Научный руководитель:

Черныш Елена Николаевна, учитель начальных классов

г. Таганрог

2019г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1.   ЧТО ТАКОЕ ЖИДКОСТЬ?. 4

1.1.   Виды жидкостей. 4

1.2.   Неньютоновская жидкость в природе. 5

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ.. 6

2.1. Приготовление неньютоновской жидкости. 6

2.2. Опыт с воздействием на жидкость с разной скоростью.. 6

2.3. Опыт с ударами. 7

2.4. Опыты с большими объемами неньютоновской жидкости. 7

2.5. Опыт с яйцом. 8

3. ПРИМЕНЕНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ.. 9

3.2. В автомобильной промышленности. 9

3.3. В нефтепромышленности. 10

3.4. В мореплавании и пожаротушении. 10

3.5. В косметологии. 10

3.6. В кулинарии. 11

3.7. В медицине. 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 13

ВВЕДЕНИЕ

Нас окружает огромное количество жидкостей. Жидкость окружает везде и всегда. 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 влиянием 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.

Объект нашего исследования – ньютоновские и неньютоновские жидкости.

Предмет исследования – особые свойства неньютоновских жидкостей.

Цель нашей работы: 

Получить неньютоновскую жидкость и наглядно изучить  некоторые свойства неньютоновских жидкостей.

Задачи:

1.     Узнать что такое жидкость

2.     Узнать в чем отличие ньютоновской и неньютоновской жидкостей и почему их так назвали

3.     Провести опыты, в которых наглядно можно увидеть некоторые физические свойства неньютоновских жидкостей

4.     Узнать области применения неньютоновских жидкостей

1.    ЧТО ТАКОЕ ЖИДКОСТЬ?

Жидкость это одно из состояний вещества. Таких состояний три, их еще называют агрегатными, это газ, жидкость и твердое вещество. Так вот 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.

1.1.   Виды жидкостей

Жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими.

Разберемся, почему они имеют такие названия. Этим они обязаны английскому ученому Исааку Ньютону.

Сэр Исаак Ньютон — английский физик, математик, механик, и астроном, один из создателей классической физики. Современная наука обязана Ньютону множеством сформулированных законов поведения тел и веществ. В числе прочих он сформулировал закон вязкого трения жидкостей. Согласно этому закону, жидкость будет продолжать обладать текучими свойствами в независимости от того, какие силы действуют на нее.

Соответственно, тогда ньютоновская жидкость - это любая жидкость, течение которой происходит согласно закону вязкого трения Ньютона. Если же жидкость не подчиняется этому закону, она считается неньютоновской.

Чем сильнее воздействовать на ньютоновскую жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, вязкость жидкости очень сильно увеличивается, и она начинает вести себя почти 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.

Пример ньютоновской жидкости – 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).

В качестве популярных примеров неньютоновской жидкости можно привести игрушки «Жвачка для рук» и «Лизун».

1.2.   Неньютоновская жидкость в природе

Яркими примерами неньютоновских жидкостей в природе являются зыбучие пески и плывуны.

Зыбучий песок обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных 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. Место, где притаились зыбучие пески, отличить от обычной твердой почвы довольно трудно. Солнце просушивает верхний слой топкой поверхности, что приводит к образованию тонкого пласта земли, на котором начинает расти трава. Вот так возникает природная ловушка, в которую может попасть любой.

Плывуны — это насыщенные водой грунты, при вскрытии приобретающие свойства вязкой жидкости. Они представляют собой большую опасность при выполнении строительных работ. Если плывуны вскрываются подземными выработками, то они сравнительно быстро заполняют её, а вышележащие массы начинают сдвигаться и тоже приходят в движение.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОСТИ

Рассмотрев теоретически информацию о неньютоновских жидкостях, нами была выдвинута гипотеза, что жидкость при определенных воздействиях на нее может вести себя как твердое вещество. Постараемся это проверить экспериментально.

В практической части мы провели несколько опытов, в том числе и сравнение ньютоновской и неньютоновской жидкостей

2.1. Приготовление неньютоновской жидкости

Для приготовления неньютоновской жидкости, нам потребуется следующее: крахмал, вода, глубокая чашка, ложка. Нам необходимо в равных пропорциях смешать крахмал и воду. При этом необходимо очень хорошо размешать полученную жидкость. Эта жидкость и будет для нас примером неньютоновской.

В качестве примера ньютоновской жидкости в наших опытах мы использовали воду.

Для демонстрации свойств неньютоновской жидкости проделаем несколько опытов.

2.2. Опыт с воздействием на жидкость с разной скоростью

Получившуюся жидкость можно налить в руку и попробовать скатать шарик. Пока мы будем катать шарик и воздействовать на жидкость, 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. Связанно это будет с тем, что, после прекращения воздействия на него, жидкость снова примет свойства жидкой фазы.

Если мы попробуем провести подобный опыт с водой, то она, как и положено ньютоновской жидкости будет растекается от усилий

Опыт показывает действие на жидкости сил прикладываемых быстро с разных точек. Неньютоновская жидкость под воздействием сил ведет себя как твердое тело.

Еще мы попробовали лить жидкости тонкой струйкой. Если бить палочкой по неньютоновской жидкости, то струйка отодвигается палочкой в сторону. Если бить по струйке воды, она разбрызгивается, но льется строго сверху вниз.  Этот опыт показывает действие на жидкости силы тяжести.

С обычной водой   опыт у нас не получился.

2.3. Опыт с ударами

Проведем еще один опыт, попробуем бить 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. Но при медленном погружении кулака он погружается как в обычную жидкость.  

При этом если мы попробуем резко вытащить руку из чаши с неньютоновской жидкость, то встретим сопротивление. Вместе с рукой «подпрыгнет» и чашка. Что же касается выдергивания резко руки из воды, то здесь трудностей не возникнет.

Еще мы попытались провести опыт с забиванием гвоздя. Для этого мы попытались забить гвоздь в брусок. 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.

2.4. 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 даже бегать, но если остановиться то сразу начнешь тонуть.

Данные эксперименты позволяют нам не только познакомиться с неньютоновскими жидкостями, но и изучить некоторые свойства данных жидкостей, а так же позволяют наглядно продемонстрировать свойства жидкости.

2.5. Опыт с яйцом

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

Наполняем пакет водой, опускаем в него яйцо и крепко завязываем. После этого позволим пакету упасть с высоты около метра. Яйцо разбилось. Повторим этот опыт с неньютоновской жидкостью. При падении с высоты 1 метр яйцо не разбилось. 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.

Таким образом, неньютоновская жидкость оказалась хорошим защитным материалом.

Проверенные нами свойства неньютоновской жидкости имеют широкое применение в различных областях нашей жизни.

3. ПРИМЕНЕНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

В мире очень популярны данные жидкости. Рассмотрим только некоторые отрасли, в которых используются неньютоновские жидкости.

3.1. В военном производстве

В США на основе данных жидкостей, министерство обороны начало выпуск бронежилетов для военных. Данные бронежилеты по своим характеристикам лучше обычных, так как легче по весу и проще в изготовлении. Материал, из которого изготавливаются бронежилеты, относится к неньютоновским жидкостям. Если нажимать на такой бронежилет мягко, то есть с небольшим возрастанием силы нажатия– он эластичен, словно латекс, из него можно скатывать шарики и колбаски, как из пластилина. Однако при резком повышении градиента скорости образуется мгновенная жесткая структура, которая обеспечивает защиту. Как только такая резкая нагрузка будет снята, это вещество расслабится и будет опять мягким и эластичным.

При той же толщине, что у 30-слойного кевларового жилета «жидкостный» имеет втрое меньшее количество слоев синтетической ткани и вдвое меньший вес. Что касается защиты, то «жидкостный бронежилет» имеет почти такие же показатели защиты, как у 30-слойного кевларового.

3.2. В автомобильной промышленности

Так же неньютоновские жидкости используются в автомобильной промышленности. 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 двигателе.

3.3. В нефтепромышленности

Двигаясь в трубе, жидкость испытывает силу трения о ее поверхность, в результате чего кинетическая энергия переходит в тепловую. Поэтому снижение силы трения является важной технической проблемой. Как оказалось, добавление в жидкость малого количества неньютоновской жидкости значительно снижает силу трения. Этот эффект используют при перекачке нефти по длинным трубопроводам.

3.4. В мореплавании и пожаротушении

Всего лишь 20 миллионных долей полиокса (полимера) могут снизить силу трения турбулентного потока в трубе на 50%! В 50-е годы американские пожарные начали добавлять полимерные добавки в жидкость, вытекающую из брандспойта, при этом длина струи увеличивалась в полтора раза.

Полимерные добавки в смазывающих материалах повышают ресурсы станков и приборов. Можно увеличивать скорость судна путем впрыскивания вблизи его носовой части малых количеств полимерного раствора. Имеется гипотеза, что дельфины и другие обитатели морей и океанов тоже «используют» этот эффект для уменьшения гидродинамического сопротивления.

3.5. 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. 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.

3.6. 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 такие продукты, как хлеб. 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. Мед также является примером неньютоновской жидкости

3.7. 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.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы был проведён анализ имеющейся информации о неньютоновской жидкости. Проведена серия экспериментов с неньютоновской жидкостью, произведено сравнение в поведении ньютоновской и неньютоновской жидкости под воздействием силы.

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.                 если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее - то нет. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело;

2.                 Неньютоновская жидкость может выступать как защитное вещество

3.                 Применение неньютоновской жидкости широко и исследования в этой области еще продолжаются.

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

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.   Интернет-энциклопедия «Википедия»// https://ru.wikipedia.org/wiki/ Неньютоновская_жидкость

2.   Свойства жидкостей: физика// Справочник - https://spravochnick.ru/ fizika/fizika_zhidkostey/svoystva_zhidkostey_fizika/

3.   Статья «Что такое неньютоновская жидкость? Примеры и эксперименты» - http://fb.ru/article/277463/chto-takoe-nenyutonovskaya-jidkost-primeryi-i-eksperimentyi

4.  Неньютоновская жидкость// Живая Наука - https://livescience.ru/ Статьи:Неньютоновская-жидкость

Скачано с www.znanio.ru