Исследовательская работа "Неньютоновская жидкость"

Управление образования Красносулинского района Филиал Донской академии Наук Юных Исследователей Секция. Окружающий мир. Исследовательская работа Тема: «Неньютоновская жидкость » Автор работы:  Хадыкина Екатерина учащаяся 4класса  МБОУСОШ №12  Руководитель:  Быканова Елена Владимировна  учитель начальных классов г.Красный Сулин 2018 Содержание Введение …………………………………………………………… 1. Основная часть 1.1.   Жидкость и ее свойства ……………………………… 1.2.  Неньютоновская жидкость ………………………… 1.3. Мастер­класс: приготовление неньютоновской  жидкости в домашних условиях 1.4. Некоторые свойства неньютоновской жидкости  1.5. Применение неньютоновских жидкостей Заключение ………………………………………………….. Список литературы …………………………………………………. 2. Введение Однажды   по   телевизору   я   увидела   рекламу   «Умный   пластилин».  И узнала,   что   он   обладает   чудесными   свойствами.   А   всё   потому,   что   он «неньютоновская жидкость».  Меня очень заинтересовала эта фраза, и я решила узнать, что же это такое «неньютоновская жидкость»? Почему она неньютоновская? И чем она отличается от просто жидкости.  Актуальность моей работы: Жидкости окружают нас повсюду. Это и вода, и продукты питания. Поэтому изучение свойств жидких веществ и расширение  знаний о них всегда будет актуально Цель исследования: изучение неньютоновской жидкости Задачи исследования: 1. Найти в источниках информации определение и описания  неньютоновской жидкости. 2. Найти рецепты изготовления неньютоновских жидкостей и  изготовить их. 3. Провести эксперименты, демонстрирующие  необычные свойства  неньютоновской жидкости. 4. Узнать области применения неньютоновских  жидкостей. Гипотеза исследования: предполагаю, что в некоторых условиях  неньютоновская жидкость ведет себя не как жидкость.  Методы исследования: 1. Наблюдение 2. Изучение теоретических материалов 3. Проведение опытов 4. Анализ 1.Основная часть 1.1. Жидкость и ее свойства. Жидкость окружает везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь, из воды мы вышли и к воде всегда возвращаемся. Но что же такое   жидкость?   В   толковом   словаре   Ожегова   жидкость   –   это   вещество, обладающее   свойством   течь   и   принимать   форму   сосуда,   в   который   оно выливается. [1] Жидкость – одно из состояний вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Основным свойством жидкости является, то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия. Идеальные ­ невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью, а объёме под воздействием внешних сил. [2] Жидкости бывают идеальные и реальные. Жидкие тела текучи, не обладают определенной формой, принимает форму сосуда, в который налита. Это – идеальные   жидкости,   невязкие   жидкости.   Реальные   ­   вязкие   жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям   и   достаточной   подвижностью,   т.е.   наличием   сил   трения   и касательных напряжений. Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими.  Жидкости, поведение   которых  подчиняется  ньютоновскому  закону  трения, называются нормальными, или ньютоновскими, жидкостями, а все остальные, для   которых   этот   закон   не   выполняется,   —   аномальными,   или неньютоновскими, жидкостями Исаак   Ньютон   –   английский   ученый,   один   из   создателей новоевропейской   науки.   Он   открыл   закон   вязкого   трения,   который устанавливает   наличие   линейной   зависимости.   Он   также   сформулировал основные   законы   классической   механики   (законы   Ньютона),   открыл   закон всемирного   тяготения.   Физик,   математик,   естествоиспытатель   и   астроном. Это я буду изучать в старших классах. [3] Что же такое неньютоновская жидкость? 1.2.Неньютоновская жидкость Неньютоновская   жидкость   –   это   жидкость.   Она   тоже   текуча,   не обладает определенной формой,  принимает форму сосуда, в который налита.  Неньютоновская жидкость обладает функциями, нарушающими закон Ньютона.   При   сильном   давлении   или   быстром   воздействии   становится плотной.   При   медленном   воздействии   становится   текучей,   а   при   сильном воздействии становится упругой, твердой. Проще говоря, это такое вещество, которое может быть и твердым и жидким, в зависимости от того, с какой скоростью мы с ним работаем.  Если быстро толкаем, мнем, кидаем, стучим, то оно ведет себя как твердое тело, а если останавливаемся, то в наших руках оно растекается в лужицу.  1.3. Я решила все как всегда проверить.  Приготовила   неньютоновскую   жидкость   в   домашних   условиях   по рецепту из интернета[4] 1.4. Некоторые свойства неньютоновской жидкости . Провела ряд экспериментов, узнав некоторые свойства неньютоновской  жидкости. 1. Передо мной белая жидкость, наливаю ее на ладонь. Она стекает по руке. 2.  Пробую скатать шарик. В руке появляется твердый шар из жидкости. Причем, чем быстрее и сильнее я на него воздействую, тем плотнее и тверже он становится. [5] 3.  Как только я разжала руки, твердый до этого времени шар тут же растекся   по   руке.   Объясняется   это   тем,   что   после   прекращения воздействия на вещество, оно снова принимает свойства жидкой фазы. [6] 4.  Пробую свободно без усилий погрузить палец в данный раствор. Это мне удается. [7] 5.  Кулаком ударяю по жидкости резко ­ почувствовала, что она упругая, а кулак остался чистым. [8] 6. Наливаю жидкость в прозрачный пакет, помещаю в него сырое яйцо и 7. бросаю пакет на стол. Яйцо осталось целым и невредимым. [9]   Пробую   постучать   молотком   по   поверхности   жидкости.   Эффект схож с ударами по твердой поверхности, при этом молоток остался чистым. Если я медленно опускаю молоток, то он тонет. [10] 8. Налила   жидкость   в   воздушный   шарик. Получилась   игрушка «Антистресс» [11] 1.4. 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.   В   США   на   основе   данных   жидкостей,   министерство   обороны начало  выпуск  бронежилетов  для  военных.  Данные  бронежилеты по  своим характеристикам   даже   лучше   обычных,   так   как   легче   по   весу   и   проще   в изготовлении. Применение в косметологии[12] 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 что­то 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 что­то 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. [13] 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[14] 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. Т.к.   неньютоновские   жидкости   способны   растекаться,   как   обычные жидкости,   и   моментально   твердеть   (например,   при   ударе   молотком)   их предлагают   даже   используют   для   борьбы   с   выбоинами   на   дорогах.   [15] Неньютоновская   жидкость   –   замечательный   материал   для   них:   если   нет внешнего   давления,   она   растекается,   заполняя   яму   и   образуя   гладкую поверхность.   Но   как   только   на   нее   накатывается   колесо   автомобиля,   она моментально   превращается   в   твердое,   как   асфальт,   вещество.   На   западе решили провести эксперимент. Непроницаемые мешки наполнили порошком и уже   на   месте   добавили   нужный   объем   воды.   За   неделю   работы   на   самой оживленной   магистрали   испытания   прошли   успешно.   Эта   идея,   возможно, послужит  замечательным  средством для дорожных служб, которые смогут временно «залатывать» выбоины, скажем, в холодное время года, с тем, чтобы при   наступлении   теплой   сухой   погоды   отремонтировать   дорогу   по­ настоящему. Заключение Неньютоновская жидкость – это такая жидкость, которая в некоторых моментах ведет себя как жидкость, а в некоторых – как твердое тело. Если мы воздействуем на эту жидкость с силой, то оно становится твердым. Проще говоря,   это   такое   вещество,   которое   может   быть   и   твердым   и   жидким,   в зависимости от того, с какой скоростью мы с ним работаем.   Если быстро толкаем, мнем, кидаем, стучим, то оно ведет себя как твердое тело, а если останавливаемся, то в наших руках оно растекается в лужицу.  Список литературы 1. Галилео СТС Неньютоновская жидкость     http://www.youtube.com/watch?v=unfbSxDLYi4 2. Неньютоновская жидкость [Электронный ресурс] http://www.webpark.ru/comment/45527   3. Неньютоновская жидкость ВИКИПЕДИЯ [Электронный ресурс] http://ru.wikipedia.org/wiki/%CD%E5%ED%FC%FE%F2%EE%ED%EE %E2%F1%EA%E0%FF_%E6%E8%E4%EA%EE%F1%F2%FC 4. Неньютоновские дороги: заплаты на асфальте [Электронный ресурс]  http://www.popmech.ru/article/10912­nenyutonovskie­dorogi/ 5. Опыты с жидкостью   [Электронный ресурс] http://www.youtube.com/watch?v=6EdXqvUwCJ 1.­2. Приложение 3.                                                    Исаак Ньютон –                                                английский ученый. 4 Рецепт приготовления жидкости в домашних условиях: Приготовьте крахмал и воду.  Вливая воду в крахмал, медленно размешайте массу (быстро мешать  По желанию можно добавит любой краситель. Это придаст жидкости  1. Берем 1 стакан воды и 2, 5 стакана крахмала. 2. будет трудно). 3. красивый цвет. 4. Жидкость готова.  Эксперименты 5­6 7­8 9 10 11 Применение Неньютоновских жидкостей. 12. В обороне 13. В косметологии 14. В кулинарии 15. В автопроме.