Бассейн с ньютоновской жидкостью

Неньютоновские жидкости. И их удивительная особенность.

Ходить по воде. . Возможно ли это?

Сегодня, предлагаем читателю познакомиться с одним из удивительных свойств жидкостей.

Все жидкости, которые мы знаем, делятся на два вида: ньютоновские жидкости и неньютоновские жидкости. Основное отличие между ними заключается в том, что ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость, а неньютоновские — переменную.

Может, кто-то и сам замечал, что, когда плывешь по озеру на лодке, грести веслами труднее, если делать это быстро. На это в конце XVII века обратил внимание великий ученый И. Ньютон. Ученый занялся исследованием этого свойства воды и других жидкостей, и вывел закон: вязкость жидкости возрастает пропорционально силе воздействия на нее.

Но еще более интересны, так называемые, неньютоновские жидкости. Это, например, кровь, зубная паста, краска, кукурузный крахмал, а также, вода считается ньютоновской жидкостью только в нормальном состоянии.

Неньютоновские жидкости обладают удивительным свойством: их вязкость и плотность становятся больше, если воздействовать на них быстро и с определенной силой! Такая жидкость при определенном воздействии может даже затвердеть!

Самый простой пример такой жидкости — вода с крахмалом. Если смешать крахмал и воду, получится нечто похожее на сметану. Мы можем налить эту «сметану» в тарелку и медленно перелить ее в сосуд. Она, подобно привычной нам жидкости перельется. Но если мы начнем с силой сжимать ее в руке, то в нашей ладони окажется твердый комок! Затем, он медленно начнет таять. Если наполнить такой жидкостью бассейн, то мы сможем бегать по ее поверхности — но только быстро, при медленном перемещении она будет вести себя как жидкость.

Загадка такого нетипичного для жидкостей поведения неньютоновских жидкостей кроется в их внутренней структуре. Эта структура неоднородна и состоит из крупных молекул, соединенных хаотичными связями, которые можно представить в виде пружинок. Если воздействовать на субстанцию быстро, пружины сжимаются, вещество становится твердым. При определенном плавном воздействии пружинки растягиваются, ослабевают, вещество реагирует как жидкость.

Очень интересное свойство жидкостей, не правда ли?

Некоторая информация взята из книги «99 секретов науки»/Н. Сердцева.-М.:Изд-во «Э»,2017.

Источник

Видео: Как выбраться из бассейна с неньютоновской смесью, которая этому сопротивляется

Нередко нам в жизни встречаются явления, которые трудно объяснить с точки зрения науки. Оптические иллюзии заставляют нас поверить в то, чего нет. И все благодаря особенностям устройства наших глаз. Однако иногда сама физика будто бы играет против нас. Например, существует жидкость, которая на первый взгляд кажется обычной молочной водой, но в действительности проявляет неожиданные свойства. Называется она неньютоновской.

Почему «неньютоновская»

Очень часто новая информация, получаемая нами сегодня, противоречит всему тому, что мы знали раньше. По этому принципу строится даже эволюция научных течений. Так, каждый последующий этап в развитии экономической теории подвергал сомнениям теории прошлых лет и устанавливал новые. Подобное происходило с учением Адама Смита, то же самое коснулось и Ньютона.

Его научные изыскания подходили только под земные условия, а для других требовалась новая теория, более точная и конкретная. Ей стала теория относительности Эйнштейна, однако явления, выбивающиеся из привычной картины миры, встречающиеся на Земле, все еще остались. В частности, это касается вязкого раствора, который вместо того, чтобы «отпускать» из своего захвата, когда из него пытаются выбраться, и медленно стекать с объекта, начинает удерживать его на месте. Отсюда и явно неньютоновское поведение, а самое главное — название.

Однако этим связь с Ньютоном не ограничивается. Помимо всего прочего, великий ученый также заметил, что грести веслами на реке гораздо тяжелее, если делать это быстро, а не медленно. Он сформулировал закон, объясняющий это явление, что и положило начало изучению вязкости жидкостей и текучести разных веществ.

Что это за смесь

Смесь из кукурузного крахмала обладает по-настоящему необычными свойствами. Как только к ней прикладывают силу на большой скорости, вязкость вещества становится больше. Даже обычной воде свойственно удерживать человека, не давая ему резко подняться, но особая смесь увеличивает силу этих процессов, из-за чего можно даже не пытаться вырываться из этого бассейна и уж точно не прыгать в него с вышки, чтобы не разбить себе что-нибудь.

По бассейну, заполненному неньютоновской жидкостью, можно даже ходить, главное — делать это как можно быстрее

Как демонстрирует видео, только медленные движения позволяют спастись из опасного захвата. Для этого нужно ухватиться за бортики или за протянутую руку и не торопясь постепенно вставать. Никаких хаотичных бессмысленных действий — только то, что поможет удерживаться вам на ногах.

Источник

Рецепты приготовления неньютоновской жидкости своими руками

Обучение в игровой форме — увлекательное занятие. Неньютоновская жидкость своими руками, опыты с ней — интересная тема для познавательной игры с детьми. Чтобы подготовиться к домашнему эксперименту, изучите научные понятия.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Перед началом опыта необходимо объяснить ребенку отличия ньютоновской жидкости и неньютоновской жидкости:

• В ньютоновских растворах молекулы движутся согласно физическим законам Ньютона. Вода, спирт, бензин при воздействии извне текут, меняют форму. Их структура сохраняется.
• Неньютоновская субстанция может быть вязкой, текучей или твердой, в зависимости от характера внешней воздействующей силы. Законы Ньютона здесь не работают.

Неньютоновская жидкость простыми словами — промежуточное вещество между текучей субстанцией и твердым телом.

Классификация

Существует 3 основных группы аномальных субстанций.

Вязкие

Не зависят от времени. Среди них выделяют вязкопластичные — масляные краски, разновидности пасты. К псевдопластичным веществам относят суспензии полимеров, целлюлозы. При небольшом напряжении они текут. Дилатантные (раствор крахмала, различные типы клея) при интенсивном воздействии густеют.

Нелинейное неньютоновское вещество — кровь, здесь вязкость определяется фактором скорости.

Нереостабильные

Подвержены временному фактору. Простокваша, кефир, майонез, кетчуп теряют вязкость при взбалтывании. Их называют тиксотропными. Реопектические субстанции со временем уплотняются. Это коллоидные растворы, бентонитовые глины.

Вязкоупругие

Под воздействием силы текут, затем восстанавливают прежнюю структуру. К ним относят некоторые виды смол и тестообразные пасты.

Примеры природных неньютоновских жидкостей — это зыбучие пески, трясина на болоте, грунтовые плывуны.

Свойства

Особенность аномальных субстанций — способность изменять плотность. При механическом воздействии укрепляется связь между молекулами, а жидкость приобретает характеристики твердого тела. Молекулярная формула меняется под влиянием звуковой волны, электромагнитного поля.

Например, интенсивно размешивать густой раствор крахмала тяжело. Снизьте скорость, уменьшите усилия — ложка будет легко передвигаться. Если наполнить крахмальным желе бассейн — по нему можно пробежать, как по земле. Стоит остановиться, и вы провалитесь.

Скорость течения не влияет на плотность воды. Чем быстрее течет мед, сгущенка — тем меньше их вязкость.

Чтобы наглядно изучить свойства, сделайте неньютоновскую жидкость из крахмала.

Где применяют неньютоновские жидкости

Аномальные субстанции используют в таких отраслях:

• В военном деле — производство бронежилетов с технологией «жидкой брони». В месте удара наполнитель мгновенно затвердевает. В обычном состоянии жилет мягкий и эластичный.
• В производстве автомобилей. Специальные суспензии добавляют в масла для снижения трения при высоких оборотах мотора.
• В нефтяной промышленности. Полимерные добавки применяют для уменьшения коэффициента сопротивления в трубопроводах.
• В тушении пожаров. Чтобы увеличить длину струи из брандспойта, в раствор для тушения огня примешивают полимеры.
• В косметической промышленности. Синтетические ингредиенты, масла, воски добавляют в состав косметики, чтобы придать вязкость.

Рецепт неньютоновской жидкости используется в домашней кулинарии. Например, при приготовлении соусов на основе муки, карамели, мармелада.

Как сделать неньютоновскую жидкость своими руками

Занимательные исследования дома с детьми облегчают изучение физики, химии в школе. Неньютоновская жидкость своими руками — интересный и веселый эксперимент.

Рецепт с крахмалом

Хозяйки знают, как приготовить кисель — примерно так же делается и неньютоновская жидкость:

1. Возьмите кукурузный или картофельный крахмал и воду в равных пропорциях.
2. В объемную емкость с теплой водой понемногу засыпайте крахмал, размешивая раствор.
3. Доведите раствор до консистенции, когда перемешивание затруднится.

Объект для изучения готов.

Рецепт с клеем ПВА

Сделать неньютоновскую жидкость без крахмала можно из клея ПВА и буры (тетрабората натрия), взятых в пропорции от 1:1 до 1:4. Пошаговая инструкция:

1. Выдавите в емкость клей.
2. Добавьте раствор тетрабората натрия.
3. Тщательно перемешайте.

Для лучшего результата дайте настояться смеси в герметично закрытой емкости 2 часа.

Игры и опыты с неньютоновской жидкостью для детей

Неньютоновская жидкость своими руками — химический опыт в домашних условиях. Теперь изучите с ребенком физические свойства субстанции из крахмала:

1. Медленно опустите руку в состав — она войдет легко, как в воду.
2. Наотмашь ударьте ладонью по поверхности — рука отскочит, останется сухой.
3. Поручите ребенку размешать субстанцию быстро и медленно, сравнить результат.
4. Попробуйте скатать шарик из крахмальной массы. В движении шар будет твердым, при остановке растечется по ладони.

3 ст. ложки картофельного крахмала, 2 ст. ложки воды, пищевой краситель смешайте до плотной консистенции. Получится детская игрушка «лизун». Перечисленные ингредиенты не вызовут аллергии. «Жвачку для рук» можно обернуть полиэтиленом или поместить в надувной шарик.

Этот рецепт неньютоновской жидкости позволит сделать хендгам без крахмала:

1. По 50 мл воды и клея ПВА тщательно смешать.
2. Добавить в смесь краситель, снова перемешать.
3. Отдельно растворить 20 г соды в воде (50 мл).
4. Постепенно влить содовый раствор в смесь, вымешивая до однородной консистенции.

Недостаток домашних хендгамов — недолговечность. Загрязненного «лизуна» нужно выбросить и сделать новую игрушку.

Как хранить

Домашние составы можно хранить в холодильнике. Постояв, они быстро засыхают. Чтобы восстановить вязкую структуру, добавьте воды.

Источник

Как сделать неньютоновскую жидкость и идеи для игр с ней

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 мять в руках — то она затвердевает

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

Если емкость с жидкостью резко перевернуть, то она не вытекает совсем

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.

Источник