зачем нужна ньютоновская жидкость

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Как изготовить неньютоновскую жидкость самостоятельно в домашних условиях

Как изготовить неньютоновскую жидкость самостоятельно в домашних условиях

С жидкостью мы сталкиваемся ежедневно. Но вы слышали о жидкости, которая становится твердой, если на нее воздействовать? В статье мы расскажем об интересной, неньютоновская жидкости. Подвергаясь физическому, звуковому или механическому воздействию она меняет свойства вязкости и плотности. Если нагрузка небольшая — становится эластичной, при сильной нагрузке твердая и упругая.

Давайте сравним ньютоновскую и неньютоновскую жидкость. Оказывая любое влияние на обычную жидкость, она всегда изменяется. Оказывая воздействие на неньютоновскую — она начнет проявлять свойства твердого тела.

Определение и примеры

Природный пример неньютоновской жидкости — болотные трясины, зыбучие пески, грунтовые плывуны. Ступая в зыбучий песок или в болото, начнешь погружаться под слой песка и воды, но стоит приложить силу и хлопнуть по поверхности рукой, она моментально станет твердой.
Немного истории

Знаменитый физик Исаак Ньютон заметил, что, если плыть по реке и быстро грести веслами – так намного сложнее, нежели, это делать медленно. Эта мысль натолкнула его сформулировать закон, что вязкость жидкости увеличивается пропорционально силы воздействия на нее.

Неньютоновские жидкости, которые вы встречаете каждый день – масляные краски, тушь для ресниц, болото, кровь и многое другое.

Есть раздел в науке, который занимается изучение неньютоновской жидкости – реология. Это раздел в физике, где изучают деформацию и текучесть вещества.

Применение неньютоновских жидкостей

Она применяется во многих сферах деятельности – военные разработки, автопромышленность, косметология, кулинария.

В военном производстве разрабатывают новое поколение бронежилетов. Учеными был создан прототип бронежилета нового поколения. Между слоями жилета используют специальный жидкий состав, которая при ударе распределяется по всему бронежилету.

Если в такой жилет попадет пуля, то она не пробьет его, а застрянет внутри. Также применяется при других разработках, например, инновационный материал, из которого делают снаряжение для горнолыжников. Данный материал приставляет собой отдельные ячейки с жидкой и твердой фазой.

В косметологии используют свойства неньютоновской жидкости, чтобы косметика не растекалась по лицу, а держалась красивым макияжем. Примеры из косметологии – различные крема, тональные основы, туши, блески. К каждому продукту подбираются индивидуальные показатели вязкости.

В автомобильной промышленности тоже используют свойства неньютоновсих жидкостей, например, моторные масла. При работе двигателя они уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз.

В качестве примера из кулинарии можно привести кетчуп, майонез, сливочное масло.

Неньютоновские жидкости уже больше 50 лет используют в пожаротушении. Благодаря полимеру длина струи из бронзбойта почти в 2 раза длиннее.

Неньютоновская жидкость применяется во многих производственных процессах нефтепроизводства.

Классификация и свойства

Основные свойства неньютоновскй жидкости:

Как сделать неньютоновскую жидкость дома

Сейчас продают готовый набор с домашними опытами для всей семьи. Дальше мы расскажем, как приготовить ее в домашних условиях и какие опыты можно провести. Рецепт неньютоновской жидкости очень прост. Ингредиенты есть в каждом доме. На фото видно, как сделать раствор, и какие опыты провести.

Для неньютоновской жидкости нам понадобиться 2 ингредиента — крахмал и вода в пропорции 1 к 1. Пропорция может быть немного другой — все зависит от крахмала. Если вы будите видеть, что раствор слишком жидкий, добавьте еще крахмал. В миску с водой добавляем крахмал и начинаем размешивать.

Смесь станет густой и мешать ее будет трудно. Можете надавить на поверхность и почувствуете сопротивление. Оставьте раствор в покое и частицы крахмала выпадут на дно. Если вы начнете обратно смешивать, то смесь обратно начнет твердеть. Если размешивать быстро, то вязкость становится выше.

Опыты в домашних условиях

Опыты с ньютоновской жидкостью понравятся не только детям, но и взрослым.

Делаем всем знакомый из детства лизун или популярный слайм

Все помнят разноцветных лизунов, их можно было разминать руками, они не прилипали к коже и весело стекали по стене. Сделать такой лизун можно дома имея следующие ингредиенты — банка клея пва, понадобиться примерно 100 грамм, стакан воды и тетроборат натрия, который подают в любой аптеке в виде раствора или порошка.

Можно использовать различные пищевые красители, а для декора блестки и косметическую пудру.

В глубокой емкости смешиваем воду, клей и краситель. Аккуратно добавляем столовую ложку тетробората натрия, и все смешиваем. Наша жидкость становится густой и тягучей. Игрушка готова. Для сохранности лизун желательно хранить в закрытых емкостях и не допускать попадания прямых солнечных лучей.

Популярные сегодня слаймы – это тоже пример неньютоновской жидкости. Сделать их тоже легко в домашних условиях.

Как хранить неньютоновскую жидкость

Как только вы оставляете жидкость в покое на несколько часов, она начинает засыхать. Но стоит добавить воды, и вы снова можете проводить опыты всей семьей.

Лучше хранить в закрытой емкости. Если вы наигрались и хотите вылить, то дождитесь ее засыхания и утилизируйте в урну. В канализацию смывать нельзя.

Каждый день мы сталкиваемся с неньютоновской жидкостью. Мы рассказали, как легко из обычного крахмала дома приготовить необычную воду и провести с детьми опыты. А опыты с ней не только веселые, но и помогают легким языком изучать законы физики.

Неньютоновская жидкость полностью не изучена наукой, но ученые уверены, что благодаря ей произойдет прорыв во многих сферах производства.

Источник

Загадки неньютоновской жидкости

Человек на протяжении нескольких тысячелетий проявляет значительный интерес к изучению жидкости, этот интерес вызван рядом причин.

Во — первых, наличие в природе значительных запасов жидкостей, которые легкодоступны человеку.

Во — вторых, жидкие тела обладают рядом полезных свойств, которые можно без особых проблем использовать в повседневной жизни.

В — третьих, немаловажным фактором является то, что большинство химических реакций протекают в жидкой фазе (чаще всего в водных растворах).

Жидкостью — это одно из состояний вещества, основным свойством которой, является способность неограниченно менять форму под внешним воздействием, сохраняя при этом объём. К Физическим свойствам жидкости относятся: текучесть, сохранение объёма, вязкость, испарение, кипение и т.д.

В гидродинамике жидкости делятся на ньютоновские и неньютоновские?

Откуда возникло такое деление?

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, болото, жидкое мыло, зыбучие пески и др.

На сегодняшний день существует множество примеров применения такой жидкости: в кулинарии, косметологии, медицине и др.

С целью выяснения распространённости знаний о существовании неньютоновских жидкостей было проведено анкетирование студентов, преподавателей и родителей учащихся.

Результаты показали: около 50% опрошенных ответили, что существуют жидкости по поверхности которых ходить можно и это не вода. Остальные же не верят в существование такие жидкостей или попросту о них не знают. Результаты анкетирования убедительно показали, что данная работа будет интересна не только студентам, но и взрослым.

Таблица 1 Результаты анкетирования

Для исследования свойств неньютоновской жидкости мы совместно с преподавателем ее приготовили, смешав при этом крахмал и воду в пропорциях 1:1. В результате получили вязкую жидкость, обладающую уникальными свойствами.

Опыт №1. Заметили, если мешать быстро, чувствуется сопротивление, а если медленнее, то нет.

Опыт №2. Так, если в воду бросить предмет он упадет на дно, но если этот же предмет бросить в неньютоновскую жидкости он какое то время будет на поверхности, как если бы он соприкоснулся с твёрдым веществом.

Опыт №3. Кроме того, можно опустить руку в жидкость и резко сжать пальцы. Можно почувствовать, как между ними образовалась твёрдая прослойка.

Опыт №4. Если опустить предмет в эту смесь и резко попытаться её вытянуть, то большая вероятность, что она поднимется вслед за ним, в отличие от воды.

Опыт №5. Когда быстро воздействовать на жидкость, например, катать шарик, то он получится на самом деле, но как только мы прекратим это воздействие, то жидкость растечется в руке. Следовательно, если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, а если это прекратить, то она снова примет свойства жидких тел.

Опыт №6. Течение вязкой жидкости. Неньютоновскую жидкость выливали с высоты 15 см и наблюдали: что струйка начинает накручиваться колечками или складываться складками, образуя «жидкий канат». Это получалось из-за того, что падая и ударяясь о поверхность, струйка сжимается.

В результате проведенных опытов было выявлено ряд различий свойств ньютоновской и неньютоновской жидкостей, что позволяет ее использовать в современном мире. А также был проведён обзор теоретических источников информации. Проведена серия экспериментов с неньютоновской жидкостью. Были выполнены все поставленные задачи, сделаны все запланированные опыты и подтверждена гипотеза: неньютоновская жидкость, это смесь, которая действительно обладает свойствами жидкостей, а также некоторыми «особыми» свойствами и по ней можно ходить!

Таблица 2 Сравнение свойств ньютоновской и неньютоновской жидкостей

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

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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

Разница между Ньютоновской и Неньютоновской жидкостью

Ключевое различие между Ньютоновской и Неньютоновской жидкостью заключается в том, что Ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость, тогда как Неньютоновские жидкости имеют переменную вязкость.

Все жидкости можно разделить на ньютоновские, и неньютоновские в зависимости от вязкости жидкости. Вязкость — это состояние густоты и вязкости из-за внутреннего трения жидкости. Кроме того, необходимо учитывать другие параметры при определении, является ли жидкость Ньютоновской или Неньютоновской. Такими параметрами является напряжение сдвига и скорость сдвига. Напряжение сдвига — это напряжение, приложенное в одной плоскости к поперечному сечению жидкости, тогда как скорость сдвига — это скорость изменения скорости, при которой один слой жидкости проходит над соседним слоем.

Содержание

Что такое Ньютоновская жидкость?

Ньютоновская жидкость представляет собой жидкость, имеющую постоянную вязкость и нулевую скорость сдвига при нулевом напряжении сдвига. Это значит что скорость сдвига такой жидкости прямо пропорциональна напряжению сдвига. Другими словами, отношение напряжения сдвига к скорости сдвига является постоянным во всей жидкости.

Однако большинство известных нам жидкостей имеют переменную вязкость. Обычно реальные жидкости не соответствуют этому определению. Поэтому он рассматривается как простая математическая модель. Но мы можем принять некоторые распространенные жидкости, такие как вода, как ньютоновские жидкости.

Название Ньютоновская жидкость происходит от Исаака Ньютона, который был первым ученым, использовавшим дифференциальное уравнение для постулирования взаимосвязи между напряжением сдвига и скоростью сдвига у жидкостей.

Что такое Неньютоновская жидкость?

Неньютоновские жидкости — это жидкости, которые имеют переменную вязкость и переменную зависимость от напряжения сдвига. Они так называются, так как эти жидкости не следуют закону вязкости Ньютона. Вязкость этих жидкостей может изменяться под действием силы, то есть некоторые жидкости, становятся более жидкими при встряхивании. Большинство известных нам жидкостей — это неньютоновские жидкости. Многие солевые растворы, расплавленные полимеры и многие другие жидкости относятся к этой группе жидкостей в зависимости от вязкости. Яркий пример Неньютоновской жидкости это крахмал разведённый с водой.

Хотя мы используем термин вязкость в механике жидкости для описания сдвиговых свойств жидкости, этот параметр неполностью описывает свойства неньютоновских жидкостей. Существуют различные поведенческие характеристики неньютоновских жидкостей, включая вязкоупругость, зависящую от времени вязкость и другие характеристики.

В чем разница между Ньютоновской и Неньютоновской жидкостью?

Все жидкости классифицируются на два типа в зависимости от вязкости как Ньютоновские жидкости и Неньютоновские жидкости. Основное различие между Ньютоновскими и Неньютоновскими жидкостями заключается в том, что Ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость, тогда как Неньютоновские жидкости имеют переменную вязкость.

Кроме того, при рассмотрении скорости сдвига и напряжения сдвига в ньютоновских жидкостях наблюдается нулевая скорость сдвига при нулевом напряжении сдвига. Это означает, что скорость сдвига в такой жидкости прямо пропорциональна напряжению сдвига. Однако Неньютоновские жидкости имеют переменную связь между скоростью сдвига и напряжением сдвига. Хотя большинство известных нам жидкостей являются Неньютоновскими жидкостями, вода считается Ньютоновской жидкостью при нормальных условиях. Однако почти все соли, расплавленный полимерный материал, кровь, зубная паста, краска, кукурузный крахмал и многие другие разновидности жидкостей являются Неньютоновскими жидкостями.

Основная информация — Ньютоновская и Неньютоновская жидкость

Жидкости могут быть классифицированы на два типа в зависимости от вязкости как Ньютоновские жидкости и Неньютоновские жидкости. Ключевое различие между Ньютоновскими и Неньютоновскими жидкостями заключается в том, что Ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость, тогда как Неньютоновские жидкости имеют переменную вязкость.

Источник

Неньютоновская жидкость в качестве брони

Одним из новых решений в области создания бронежилетов может стать броня на основе неньютоновской жидкости. Таким образом, на смену кевлару может прийти жидкость. Работу в этом направлении сегодня ведут польские ученые из Института технологий безопасности Moratex. Они решили найти военное применение давно известному веществу — неньютоновской жидкости, вязкость которой при течении зависит от градиента скорости. Жидкая броня от польских специалистов получила обозначение STF — Shear-Thickening Fluid. Она в состоянии обеспечить защиту от пробивной силы высокоскоростных средств поражения, хорошо рассеивая ударную волну по большой площади.

Неньютоновская жидкость представляет собой интересное вещество, которое временами может вести себя, как твердое тело, а временами как самая настоящая жидкость. Обычная жидкость может течь и растекаться, и неньютоновская жидкость это тоже может. С другой стороны, обыкновенная жидкость не может быть твердой, образовывать и отскакивать, а неньютоновская жидкость может. Такое вещество интересно уже само по себе. Причиной такого поведения неньютоновской жидкости является то, что чаще всего они созданы из полимерных молекул большого размера. «Сцепление» между такими молекулами не очень велико, но данные молекулы в состоянии достаточно свободно скользить относительно друг друга. Самым простым наглядным бытовым примером подобной жидкости выступает смесь крахмала с небольшим объемом воды. Чем быстрее будет происходить внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше будет вязкость жидкости.

В отличие от обыкновенных жидкостей, которые могут изменять свою структуру в зависимости от колебаний давления или температуры, неньютоновские жидкости в состоянии изменять также свою вязкость в стрессовых условиях. Говоря проще, они могут очень быстро превращаться в прочный материал. Это происходит при достаточно сильном ударе, к которому можно отнести попадание в объект пули.

Современные кевларовые бронежилеты в состоянии хорошо удерживать пулю, но при этом при попадании в них они прогибаются на глубину до четырех сантиметров, что, конечно же, лучше, чем пулевое ранение, но так человек может получить серьезную травму в виде сильного ушиба или перелома. В то же время, благодаря особым свойствам неньютоновской жидкости и тщательно рассчитанной конструкции вставок деформация бронежилета с использованием данного материала уменьшается до вполне безопасного для человека одного сантиметра, устраняя при этом опасную для жизни угрозу на все 100%. Помимо этого, неньютоновская жидкость в состоянии при ударе распределить энергию равномерно по всей площади бронежилета.

Пока что польские ученые не торопятся раскрывать точный состав своей жидкости, которая применяется в их бронежилете, но при этом они уверяют, что такой бронежилет в состоянии остановить пулю, которая летит со скоростью до 450 м/с. То есть речь пока идет о пистолетных пулях. К примеру, начальная скорость пули широко распространенного ПМ составляет 315 м/с, а пистолета ТТ — 424-455 м/с. В то же время начальная скорость пули не менее распространенного автомата АК-74М составляет 900 м/с. По словам польских специалистов, использование неньютоновской жидкости практически исключает вероятность рикошета из-за гораздо более эффективного рассеивания энергии удара. Это же означает, что носитель такого бронежилета почувствует при попадании в него пули меньшее воздействие. При ударе на высокой скорости поражаемый участок STF затвердевает мгновенно, эффективно рассеивая ударную энергию и защищая внутренние человеческие органы.

При этом «жидкая» броня обещает быть достаточно легкой, а бронежилет из нее достаточно удобным, не мешающим человеку выполнять свою работу, не причиняя при этом неудобств при носке, он не будут сковывать движений. По словам польских разработчиков, их бронежилет будет весить легче изделий из кевлара. Судить об этом пока довольно сложно, в широком доступе имеется лишь небольшое видео, которое было опубликовано на YouTube.

Стоит отметить, что подобные разработки в разное время велись в Великобритании и США. Но созданные в этих странах жидкости были наиболее прочными в сочетании с защитой из кевлара, что делало создаваемые жилеты очень тяжелыми. Однако в Moratex утверждают, что разработанное ими вещество может применяться для производства бронежилетов, которые потребуют минимального количества вставок из дополнительных материалов. Польские ученые не намерены останавливаться лишь на военной стороне своей разработки. Помимо этого, они работают над магнитореологической жидкостью, которая сможет менять свою вязкость под воздействием магнитного поля. По их словам, обе этих жидкости можно будет использовать не только при производстве бронежилетов, но и для производства автомобильных бамперов, профессионального спортивного снаряжения и защитных дорожных ограждений.

Источник