И в основном с точки зрения практики (в качестве описания и в виде ).
Неньютоновская жидкость и жвачка для рук (также известная как хендгам) — это одного поля ягоды. Вернее, второе — частный случай первого. А первое — более общая категория 🙂 Итак, начнём с определения:
Неньютоновская жидкость — это жидкость, которая временами ведёт себя как твёрдое тело. А временами — как жидкость. Так, обычная жидкость может растекаться, течь. И неньютоновская жидкость это может. С другой стороны, обычная жидкость не может быть твёрдой, отскакивать, образовывать — а неньютоновская может. В общем, результат получается весьма интересный. Причина этого результата в том, что данные жидкости чаще всего созданы из больших полимерных молекул, "сцепление" между которыми не очень велико, и эти молекулы могут достаточно свободно скользить относительно друг друга (почти получается).
Так, например, если взять неньютоновскую жидкость типа "шампунь" и под достаточным напором и верным углом выливать её на твёрдую поверхность, то можно увидеть, как струйка шампуня отскакивает от поверхности и образует дугу — прямо как на этом :
Кстати, данный эффект имеет своё название: "Эффект Кея". При определённой сноровке (где-то на десятой баночке шампуня) также круто делать можете научиться и вы 🙂 Но закончим с теорией и перейдём к обещанной практике:
Мы предлагаем вам два способа получить неньютоновскую жидкость. Первый — это чуть более грязный, второй — чуть менее надёжный, хоть и более зрелищный.
Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В в результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество.
Также если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Вы почувствуете, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот "кисель" и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой.
Если вы заметили, то описанное поведение смеси достаточно похоже на поведение теста. Поэтому скорее всего, если вы решите сделать эту смесь менее грязной, то можно туда насыпать чуть-чуть муки. Видео в тему (о том, что можно делать с неньютоновской жидкостью):
И на этой радостной ноте переходим ко второму способу приготовления неньютоновской жидкости:
Как понятно из названия, для этого опыта, результаты которого более похожи на хэндгам (жвачку для рук), необходимы тетраборат натрия (бура), которую можно достать в аптеке или на рынке у старушек, и клей ПВА. Пропорции смешивания также зависят от качества ингридиентов, и поэтому разнятся от рецепта к рецепту. Чаще всего это клей: тетраборат = от 1:1 до 1:4.
Для справки: тетраборат натрия («бура») — Na2B4O7, соль слабой борной кислоты и сильного основания, распространённое соединение бора, имеет несколько кристаллогидратов, широко применяется в технике.
Основной принцип — очень тщательно и быстро мешать. Наша задача — равномерно распределить буру в объёме клея ПВА до тех пор, пока не началось физико-химическое взаимодействие между ними, которое может сделать невозможным дальнейшее перемешивание (равно как и образование желаемого хендгама). В общем, в результате может получится творог. Поэтому данный способ и назван менее надёжным. Хотя и более чистым — после сделанного хендгама руки не остаются в потёках крахмала.
Хотя есть совет — оставить смесь на пару часиков в герметично закрытой ёмкости для расстаивания. Обещанный видео-урок, как сделать жвачку для рук с помощью буры и клея ПВА :
По поводу клея ПВА: есть мнение, что марка ПВА-М не подходит для таких экспериментов.
Кстати, второй вариант называется "почти неньютоновская жидкость", поскольку смесь, хоть и не липнет к рукам, не всегда хочет стекать, отскакивать от пола и капать. Хотя в остальном — всё ок 🙂
В обоих случаях в смесь можно добавить какой-нибудь краситель, и тогда результат будет более весёлым.
Если подумать, то можно предположить, что бура, добавленная в первом случае, к крахмалу и воде, также может оказать дополнительный эффект, уменьшающий грязность этого способа. А крахмал, добавленный ко второму рецепту может замедлить схватывание и застывание клея со временем. Также возможно применение буры в сухом виде.
Можно , если даже походить по улице или квартире. Какая бы сила ни действовала на воду, масло или молоко, они все равно сохранят свое жидкое состояние, будь то перемешивание, переливание и иное физическое воздействие.
Другое дело - это неньютоновские жидкости. Их особенность заключена в том, что их текучие свойства колеблются в зависимости от скорости ее тока. Неньютоновскую жидкость легко получить, смешав воду с пищевым картофельным/кукурузным крахмалом.
Источники:
Обычные жидкости растекаются, переливаются, отличаются легкой проницаемостью. Но существуют субстанции, способные занимать вертикальное положение и даже выдерживать вес человека. Именуются они неньютоновскими жидкостями.
Существуют эмульсии, вязкость коих переменчива и зависима от скорости деформации. Суспензий со свойствами, противоречащими законам гидравлики, разработано много. Их использование получило широкое распространение в химической, перерабатывающей, нефтяной и прочих отраслях современной промышленности.
К числу можно отнести сточные грязи, зубную пасту, жидкое мыло, буровые растворы и пр. Обычно эти смеси неоднородны. В их составе содержатся крупные молекулы, способные образовывать сложные пространственные структуры. Исключениями являются , приготовленные на базе картофельного или кукурузного крахмала.
Если в емкость с эмульсией медленно положить предмет, результат будет аналогичным погружению вещи в краску. Хорошо размахнувшись и ударив по смеси кулаком, можно отметить изменения ее свойств. Рука отскочит, как от столкновения с твердым веществом.
Вылитая с большой высоты эмульсия, соприкасаясь с поверхностью, скапливается комьями. В начале струи она будет течь, как обыкновенная жидкость. Другой эксперимент - медленно засунуть руку в состав и резко сжать пальцы. Между ними образуется твердая прослойка.
Можно поместить кисть до запястья в суспензию и попытаться ее резко вытянуть. Существует огромная вероятность, что емкость с эмульсией поднимется вместе с рукой.
Песок перераспределяется и начинает засасывать человека. Попытки выбраться самостоятельно приводят к разрежению воздуха, с титанической силой тянущего ноги назад. Усилие, нужное для высвобождения конечностей в этом случае сравнимо с весом машины.
Плотность зыбучих песков больше плотности подземных вод. Но плыть в них нельзя. Из-за повышенной влажности песчинки образуют вязкую субстанцию.
Любая попытка двигаться вызывает мощное противодействие. Песчаная масса, перемещающаяся с низкой скоростью, не успевает заполнить полость, которая образуется за сдвинутым предметом. В ней образуется вакуум. В ответ на резкие движения суспензия твердеет. Передвижение в зыбучих песках является возможным только в том случае, когда оно осуществляется очень плавно и медленно.
Ньютоновской жидкостью является любое текучее вещество, имеющее постоянную вязкость, не зависимую от внешнего напряжения, которое на него воздействует. Одним из примеров является вода. У неньютоновских жидкостей вязкость изменятся и напрямую зависит от скорости движения.
Примерами ньютоновских жидкостей являются взвеси, суспензии, гели и коллоиды. Основной особенностью таких веществ есть то, что вязкость для них является константой и не меняется относительно скорости деформации.
Скорость деформации - это относительное напряжение, которое появляется у жидкости при ее движении. Большинство жидкостей - ньютоновские и к ним применимы уравнения Бернулли для ламинарных и турбулентных течений.
Чувствительные к сдвигу жидкости более текучи. Скорость сдвига или зазор между веществом и стенками сосуда, как правило, не очень влияют на этот параметр и ими можно пренебречь. Значение скорости деформации известно для всех материалов и является табличным значением.
В некоторых случаях оно, однако, может изменяться. Например, если жидкость представляет собой эмульсию, которую наносят на пленку для фотографии, то даже незначительные дефекты могут привести к появлению пятен, и конечный продукт не будет обладать необходимыми качествами.
В ньютоновских жидкостях, вязкость не зависит от скорости сдвига. Однако для некоторых из них, вязкость меняется в зависимости от времени. Это проявляется на изменении давления в резервуаре или трубе. Такие жидкости называются дилатантными или тиксотропными.
Для латентных жидкостей напряжение сдвига растет всегда, так как их вязкость и увеличение скорости сдвига взаимосвязаны. Для тиксотропных жидкостей эти параметры могут изменяться хаотически. Скорость деформации не может возрасти быстро с понижением вязкости. Поэтому скорость движения частиц вещества может увеличиться, уменьшиться или остаться прежней. Все зависит от типа жидкости. Однако скорость деформации имеет свойство уменьшаться. Это означает, что
Пасмурная осенняя погода – не повод скучать у окошка или за очередной игрой на ноутбуке. Самое время удивить своих родных домашними экспериментами, один из которых – создание неньютоновской жидкости. В статье мы расскажем об одном из экспериментов занимательной физики.
Неньютоновская жидкость названа в честь знаменитого английского физика Исаака Ньютона. Этот первооткрыватель закона всемирного тяготения известен не только своей любовью к яблокам. Однажды, плавая на лодочке по реке, он заметил, что весла странно себя ведут. Чем с большей силой он греб веслами, тем большее сопротивление оказывала вода. Если же он весла отпускал, греб медленно, то и вода по ним проходила легко.
Так, Исаак Ньютон сформулировал еще один закон физики: «Вязкость жидкости пропорциональна воздействию на нее ». Если по воде шлепнуть рукой, то сопротивление воды будет ощутимо. Если же руку просто опустить в воду, то вода практически не сопротивляется.
Но не все жидкости подчиняются этому закону. Некоторые жидкие субстанции, например, слизь, ведут себя так, будто им закон Ньютона не писан. Их и назвали неньютоновскими.
Самый простой и незамысловатый способ изготовления – воспользоваться помощью крахмала.
Для этого нам понадобятся:
В крахмал медленно (главное условие!) добавляем воду комнатной температуры и тщательно размешиваем. По консистенции полученный материал должен напоминать кисель. Чтобы сделать субстанцию цветной, можно добавить пищевой краситель.
Такая неньютоновская жидкость удивит своими свойствами не только детей, но и взрослых.
Вот какие эксперименты можно с ней провести:
Если крахмала среди домашних припасов нет, можно поэкспериментировать и без него.
Для этого рецепта понадобятся следующие ингредиенты:
В одной емкости тщательно смешиваем клей ПВА и три четверти стакана воды. В другой емкости смешиваем 2 столовых ложки буры и половину стакана воды. Перемешать до полного растворения буры. Затем соединяем обе жидкости в одну, при необходимости добавляем цветной краситель и снова все тщательно перемешиваем. Полученную субстанцию можно положить в пакет и оставить храниться в холодильнике, а при необходимости снова достать для игр.
Этому рецепту особенно порадуются детки-сладкоежки.
Банку сгущенки выливаем в кастрюльку и ставим на небольшой огонь на плиту. Добавляем столовую ложку крахмала, помешиваем и варим, пока жидкость не загустеет. В полученную субстанцию также для красоты можно добавить пищевой краситель. После того как масса станет однородной и загустеет, необходимо снять ее с плиты и поставить остужаться. Когда дети вдоволь наиграются с тем, что получилось, сладкое вещество с удивительными свойствами можно будет съесть.
Самым известным воплощением неньютоновской жидкости в природе являются зыбучие пески . Из-за необычной формы песчинок они обладают свойствами как твердых, так и жидких материй. Поток воды, циркулирующий под зыбучими песками, делает песок рыхлым. Когда человек наступает на него, песчинки перераспределяются, и его начинает засасывать. Чем сильнее человек сопротивляется, тем с большей скоростью он погружается в песок. Единственный способ выбраться – двигаться максимально медленно и плавно. Аналогичными свойствами обладает и болотная трясина, которая погубила немало людей, не знавших о свойствах неньютоновской жидкости.
Самым интересным применением неньютоновской жидкости в быту стала игрушка «Лизун», которая была произведена впервые в 1976 году. Из-за своих удивительных свойств она моментально приобрела необыкновенную популярность. Эластичность, текучесть, способность бесконечно трансформироваться сделали «Лизуна» одним из самых желанных приобретений для детей того времени. Игрушка пользуется спросом и сегодня.
Также неньютоновскую жидкость научились применять в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Свойствами данной субстанции обладают сточные грязи, жидкое мыло, зубная паста.
Ньютоновская жидкость – это текучее вещество, которое, в отличие от своего антагониста, подчиняется закону о вязкости Исаака Ньютона. Каких-то особых рецептов изготовления она не требует. Подобных субстанций вокруг нас множество – вода, растительное масло, молоко, сок. С какой бы силой на них ни воздействовали, перемешивают ли или переливают их, они все равно сохраняют свои жидкие свойства. Такая жидкость не застывает, если ее переливать из кружки в кружку, и не собирается в комочки, если по ней провести рукой.
Посмотрите, как в домашних условиях сделать неньютоновскую жидкость своими руками.
Как сделать неньютоновскую жидкость своими руками из крахмала дома? В этом материале вы найдете подробную инструкцию, фото и видео неньютоновской жидкости.
Как вы думаете, можно ли ходить по воде? Как ни странно, но это возможно, если воду заменить неньютоновской жидкостью. Как сделать неньютоновскую жидкость? Это просто, для эксперимента нам понадобятся 200 грамм крахмала, стакан холодной воды и динамик. Динамик должен быть достаточно большого размера.
Разрежем пакет с крахмалом и аккуратно насыпем его содержимое в миску. Теперь добавим в крахмал воды. Не добавляйте воды слишком много, иначе неньютоновская жидкость не получится.
Размешаем крахмал в воде. При размешивании можно почувствовать, что чем быстрее двигается в крахмале ложка, тем труднее его мешать. И наоборот, чем медленнее двигать ложкой, тем легче перемешивается субстанция.
Что же такое неньютоновская жидкость? Это жидкость, которая проявляет свойства твердых тел и жидкостей в зависимости от скорости воздействия на нее.
Посмотрите, я резко ударяю пальцем по жидкости. При каждом ударе она твердеет, и палец остается практически сухим. И чем быстрее двигается мой палец, тем тверже становится жидкость. А если я буду вводить палец медленно, то он будет легко входить в неньютоновскую жидкость.
А еще из неньютоновской жидкости можно скатать шарик. Вот я беру жидкость в руки и начинаю воздействовать на нее и она твердеет. Но как только я прекращаю воздействие, то твердый шарик превращается в жидкость.
Неньютоновскую жидкость можно катать по столу. Обратите внимание как часть жидкости, которая остается без воздействия, каплями скатывается в стороны.
Давайте посмотрим, как поведет себя неньютоновская жидкость под воздействием звуковых волн. Подадим на колонку звук с частотой 100 герц. Посмотрите, какое шоу разворачивается на динамике. А теперь добавим немного краски.
Почему так происходит и неньютоновская жидкость становится то твердой, то текучей? Дело в том, что когда крахмал намокает, между его молекулами образуются прочные связи.
Когда ударная звуковая волна ударяет по молекулам, то связи между молекулами ведут себя как упругая пружина, поэтому крахмал затвердевает.
То же самое происходит при резком ударе пальцем. А вот если вводить палец медленно, то связи между молекулами легко рвутся.
Применять неньютоновскую жидкость можно, например, в бронежилетах. Когда пуля резко ударяет в бронежилет, неньютоновская жидкость распределит силу удара по большой площади и защитит солдата лучше.
Видео эксперимента про неньютоновскую жидкость
Здравствуйте, друзья! Приветствуем вас в нашей домашней лаборатории!
И чего уже только не делали юные экспериментаторы Артём и Александра. И цветное мороженное готовили, и йод в синий цвет окрашивали, и волшебные масляные капли изобретали. Но им все мало! И сегодня ребята решили выяснить, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях. Возможно ли это?
Как выяснилось, вполне возможно. Доказательство на видео ниже.
А что такое неньютоновская жидкость? И почему ее так называют?
Немного истории. В конце семнадцатого – начале восемнадцатого века в Англии жил-был знаменитый физик Исаак Ньютон. Это именно он открыл закон всемирного тяготения. Но сейчас не об этом.
Как-то раз Ньютон плавал себе на лодочке, сидя на веслах. И, так как Ньютон был очень внимательным человеком, то он заметил, что если грести веслами медленно и неторопливо, то весла сквозь воду будут проходить легко. А вот если приложить большую силу и начать грести намного быстрее, то весла проходят сквозь воду намного сложнее.
«Как же так?», — подумал физик. Думал он долго, проводил разные эксперименты и расчеты и в результате открыл еще один закон, который в самом простом изложении звучит так:
Вязкость жидкость увеличивается пропорционально силе воздействия на нее.
Вязкость, если попробовать сказать просто, это способность сопротивляться. Вы можете почувствовать это свойство воды во время купания в ванной. Попробуйте погрузить свою руку в воду медленно, вода не окажет вам сопротивления.
А если сильно хлопнуть по поверхности воды, то вы почувствуете ее сопротивление, может быть даже немного больно, так что осторожненько.
А можно ли воздействовать на воду с такой силой, чтобы она стала практически твердой? И может быть даже выдержала бы человека? Вот как на этом видео, например.
Что мы здесь видим? Человек бежит по воде. Невообразимо! Здорово! Видимо он бежит так быстро и так сильно воздействует на поверхность водоема, что жидкость становится настолько вязкой, что позволяет от себя отталкиваться.
Как выяснилось, это просто шутка. Люди на видео бегали не по воде, а по мосткам, которые они спрятали под водой.
А чтобы действительно бегать по воде человеку массой 74 кг и размером ноги 42, необходимо бежать со скоростью 150 км/ч!
Для справки. Самый высокоскоростной человек на планете – это Усейн Болт. Ямайский спортсмен. Его максимальная скорость – 37,578 км/ч.
Так что бег по воде – это что-то из области фантастики. И это относится не только к воде, но и к молоку или маслу. Да ко всем жидкостям, которые подчиняются закону Ньютона.
Однако, далеко не все подчиняются этому закону. И такие «непокорные» жидкости называют неньютоновскими. И именно такую жидкость, очень похожую на слизь, сделали ребята.
Для того, чтобы полученная субстанция стала очень твердой не требуется огромная сила. Достаточно совсем немножко постараться, и она уже изо всех сил сопротивляется. Именно по этой причине по неньютоновской жидкости можно бегать. Не верите? Посмотрите видео)
Интересно, не так ли?
Рецепт прост. Потребуется крахмал и вода, но только не горячая, а холодная. Опытным путем мы выяснили, что крахмала нужно положить в два раза больше, чем воды. Можно в воду добавить краситель, и тогда ваша слизь получится еще и цветной.
Можно ли обойтись без крахмала? Говорят, что можно, но мы не пробовали. Но рецепт будет таким:
В одной мисочке нужно смешать ¾ стакана воды с 1 стаканом клея ПВА.
В другой мисочке смешать ½ стакана воды и 2 ст. ложки буры.
Потом соединить эти два раствора и перемешать.
Согласитесь, что вариант с крахмалом и водой намного проще. Да и все ингредиенты дома, под рукой, или в ближайшем продуктовом магазине.
Где применяют неньютоновские жидкости? Их, таких аномальных, немало, они широко используются в различных отраслях промышленности. В нефтяной, например, в химической или перерабатывающей. Все эти жидкости являются искусственно созданными.
Но встречаются они и в природе. Например, болотная топь – это тоже неньютоновская жидкость. Подобно таким жидкостям ведут себя зыбучие пески в пустынях, они «засасывают» в себя все, что на них попадает.
Ну а мы, уже после завершения эксперимента и выключения видеокамеры, выяснили, что с такой аномальной жидкостью можно еще и в цирке выступать. Посмотрите видео)
На сегодня все, друзья. Попробуйте провести этот опыт самостоятельно, это очень интересно)
Еще больше опытов с водой найдете . В следующую субботу, наша домашняя лаборатория порадует вас новым экспериментом. Возможно, будем делать искусственный снег. Не пропустите)
Ваши, Артём, Александра и Евгения Климкович.
