Кравченко Дмитрий Михайлович

Проектно-исследовательская работа «Неньютоновская жидкость»

Материал опубликован 17 September 2018

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«Вещевская основная общеобразовательная школа»

Изучение свойств

неньютоновской жидкости

Исследовательская работа

Работу выполнил

Вахрушев Станислав,

учащийся 9 класса

МБОУ «Вещевская ООШ»

Руководитель Кравченко Д.М.,

учитель физики

МБОУ «Вещевская ООШ»

Рецензент Малеева Мария Александровна,

учитель физики МБОУ «СОШ №10» г.Выборга

Выборг

2018 г.Содержание

Введение ……………………………………………………………………3
1. Теория о неньютоновской и ньютоновской жидкостях……………….4 1.1 Что такое неньютоновская жидкость? ..................................................4 1. 2Применение неньютоновской жидкости в жизни…………………….5
2.Методика проведенных исследований......................................................7
2.1. Приготовление неньютоновской жидкости…………………………..7
2.2. Проведение различных опытов с неньютоновской жидкостью…….7
2.2.1. Опыт с резкими движениями внутри жидкости……………………7
2.2.2. Опыт с ударом по жидкости…………………………………………7
2.2.3. Опыт с быстрым взаимодействием с жидкостью…………………..7
2.2.4. Опыт с жидкостью и шариками…………………………………..… 7
2.2.5. Опыт с переливанием жидкости…………………………………..... 8

Заключение и вывод…………………………………………………………9 Список использованных источников……………………………………...10 Приложение…………………………………………………………………11

Введение

Кругом огромнейшее множество разнообразных жидкостей. Наша с вами планета на 70 процентов состоит из воды. И в человеке преобладающая часть - жидкость. Все первые простейшие организмы тоже взяли свое начало в жидкости.

Тема неньютоновской жидкости, жидкости, которая так же проявляет и свойства твёрдого вещества, достаточно популярна в нынешнее время, и я тоже решил изучить свойства неньютоновской жидкости.

Цель работы: изучить свойства неньютоновской жидкости.

Задачи:

Узнать, что такое неньютоновская жидкость

Создать неньютоновскую жидкость

Провести опыты с неньютоновской жидкостью

Узнать, где применяется неньютоновская жидкость

Объект исследования: неньютоновская жидкость.

Предмет исследования: свойства неньютоновской жидкости.

Методы работы: Опыты, наблюдения, анализ литературы, практические исследования.

Актуальность.

Жидкостей вокруг нас огромное количество, они очень часто используются человеком в повседневности, изучение свойств неньютоновской жидкости проводится ничтожно мало, а вещество, заключающее в себе свойства и жидкости, и твёрдого тела можно использовать во многих областях жизни.

Гипотеза: при увеличении скорости воздействия на неньютоновскую жидкость вещество может проявлять свойства твёрдого вещества.

1. Теория о неньютоновской и ньютоновской жидкостях

1.1.Что такое неньютоновская жидкость?

Для начала стоит разобраться, что такое жидкость вообще. Жидкостью называется одно из агрегатных состояний вещества. Таких состояний известно четыре: газ, жидкость, плазма и твёрдое вещество. «Жидкостью называется то вещество, которое, сохраняя свой объём, может менять свою форму неограниченное количество раз (количество раз, которое будут на вещество воздействовать»[1]

Жидкости делятся на ньютоновские и неньютоновские.

Разберемся, почему они имеют такие названия. (Исааком Ньютоном был создан закон вязкого трения жидкостей.[2] В конце XVII века Исаак Ньютон обратил внимание, что быстро грести вёслами гораздо тяжелее, нежели если делать это медленно. Он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на неё. Следовательно, ньютоновская жидкость это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона. А неньютоновская жидкость та, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. К ним можно отнести масляные краски, зубную пасту, и др.[6]
Чем сильнее воздействовать на обычную жидкость, тем быстрее она станет менять свою форму.[7] Но вот если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, то данная жидкость станет вести совсем иным образом, она станет проявлять свойства твердого вещества. «Связь между атомами и молекулами в данной жидкости будет укрепляться с увеличением силы воздействия на эту жидкость»[3]

1.2. Применение неньютоновской жидкости в жизни

Используя информацию из интернета, мне удалось установить, где данная жидкость применяется в повседневности.

Неньютоновские жидкости с каждым годом все больше завоевывают наш мир. Так ученые на основе такой жидкости изобрели «жидкую сумку» (Приложение 8), которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолета.[6]

Также в жизни примерами неньютоновской жидкости являются растворы полимеров и большинство очень вязких жидкостей. Эти жидкости весьма неоднородны и состоят зачастую из крупных молекул, которые образуют сложные пространственные структуры. Чем быстрее будет происходить внешнее воздействие на такое вещество, тем более вязким оно будет становиться.

Неньютоновскую жидкость можно встретить и в природе, например, это зыбучие пески. Раньше очень популярной была и игрушка «лизун», которому можно придать любую форму, но который при длительном состоянии покоя растекается.

Польские ученые использовали неньютоновскую жидкость, чтобы создать самый прочный бронежилет. (Приложение 8). Современные бронежилеты из кевлара останавливают пули, но при этом прогибаются иногда до 4 см в глубину, а это приводит и к переломам. Польские же ученые сделали бронежилет с использованием неньютоновской жидкости, который останавливает пулю, летящую со скоростью до 450 м/с, но при этом прогибается до безопасного 1 см в глубину.

Ученые пока не раскрывают точный состав жидкости, но уверяют, что в таком бронежилете еще и исключается вероятность рикошета пули, так как энергия удара более эффективно рассеивается, а человек из-за этого чувствует меньшее воздействие. Такое изобретение находится еще на стадии доработки, но неньютоновская броня обещает быть относительно легкой и удобной, что еще больше улучшит защиту носящего ее человека.

Также 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» [5]

2.Методика проведённых исследований

2.1. Приготовление неньютоновской жидкости.

Чтобы приготовить неньютоновскую жидкость мне понадобились вода и картофельный крахмал. Их нужно было смешать в равной пропорции 1:1.

2.2. Проведение опытов с неньютоновской жидкостью.

2.2.1. Опыт№1 с резкими движениями внутри жидкости.

Чтобы провести данный опыт и лучше понять свойства данной жидкости, нужно опустить руку в жидкую массу и резко попробовать 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. 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.

2.2.2. Опыт№2 с ударом по жидкости.

Итак, 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.

2.2.3. Опыт№3 с быстрым воздействием на неньютоновскую жидкость.

Я попробовал скатать из данной жидкости шарик, я быстро тёр её в ладонях и из-за этого образовывался небольшой твёрдый шарик, но когда я прекращал воздействовать на нее, шарик моментально растекался у меня в руках. ( Приложение 1, 2)

2.2.4. Опыт№4 с жидкостью и шариками.

При резком броске пластмассового шарика в неньютоновскую жидкость вещество становится твердым, и шарик ударяется о его поверхность, но потом вещество вновь становится жидким, и шарики немного тонут. (Приложение 3, 4)

2.2.5. Опыт№5 с переливанием неньютоновской жидкости.

При переливании неньютоновской жидкости из одного сосуда в другой 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. (Приложение 5, 6)

Все изложенные выше опыты демонстрируют нам главное свойство неньютоновской жидкости – способность становиться более вязкой и твердой при резком взаимодействии с ней.

Выводы

1.Неньютоновская жидкость – удивительнейшее вещество, и проведенные мною опыты и изученная информация доказывают это. Наверное, благодаря этому эта удивительная по своим свойствам жидкость и получает широкое распространение.

2.Выдвинутая в начале работы гипотеза о свойствах неньютоновской жидкости доказана с помощью проведенных мною опытов.

Заключение

Данная работа по изучению неньютоновской жидкости помогла мне удостовериться в том, что не все вещества, находящиеся в одном агрегатном состоянии, проявляют одни и те же свойства. И что даже самое необычное вещество сможет найти себе применение в человеческой повседневности.

Список использованных источников

Г.Б. Фройштетер«Течение и теплообмен неньютоновских жидкостей в трубах»

У.Л. Уилкинсон «Неньютоновские жидкости»

http://anydaylife.com/fact/post/2121

https://ru.wikipedia.org/wiki/Неньютоновская_жидкость

https://vilingstore.net/Nenyutonovskaya-zhidkost-i174923

https://hi-news.ru/science/fizika-6-svojstv-nenyutonovskojzhidkosti.html

https://fishki.net/20394-nenjutonovskaja-zhidkost-13-foto--tekst.html

https://idaten.ru/other/zagadki-nenutonovskoi-jidkosti

http://naukaveselo.ru/svoystva-nenyutonovskih-zhidkostey.html

Приложение