Исследовательский проект учащегося 3 класс

МОУ

СОШ №17

г. Воскресенск

Московской области

Вам понадобится:

• 3 стакана картофельного крахмала;

• 2,5 – 3 стакана теплой воды;

• миска.

Насыпаем крахмал в миску. Постепенно добавляем воду и тщательно перемешиваем массу до состояния густой сметаны. Неньютоновская жидкость готова!

Как приготовить неньютоновскую жидкость

Советы по организации научной вечеринки

Иван шеленёв

Опыт 1. Пляшущая жидкость.

Поместите динамик в пакет или обтяните его пленкой. Налейте немного жидкости на динамик, покрытый пленкой. Включите музыкальную композицию с высоким уровнем низких частот или. Жидкость начнет «танцевать» в такт музыки и принимать различные формы. Можно добавить немного красителей.

Опыт 3. Твёрдая жидкость.

Поместите деревянный брусок на поверхность жидкости. Попробуйте с помощью молотка забить в него гвоздь. Удивительно, но брусок будет лежать как будто на твердой поверхности, и у вас получится забить гвоздь. Для сравнения, можно проделать такой же опыт в емкости с водой. В этом случае брусок будет переворачиваться, а гвоздь забить не получится.

Опыты с неньютоновской жидкостью

Опыт 2. Безопасное падение.

Наполните полиэтиленовый пакет экспериментальной жидкостью. Поместите внутрь куриное яйцо. Поднимите пакет на высоту 1,5 - 2м. Упав с высоты, яйцо в пакете с неньютоновской жидкостью останется целым, даже если пакет прорвется.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

"Средняя общеобразовательная школа №17"

Воскресенского муниципального района Московской области

ПРОЕКТ

на тему «Неньютоновские жидкости в жизни человека»

в номинации «Исследовательский проект»

ученика 3А класса Шеленёва Ивана Дмитриевича

Руководитель: Чистякова Марина Игоревна

Содержание

Введение

Глава 1. Что такое неньютоновская жидкость?

1.1. Закон Ньютона о вязкости жидкости и жидкости, которые ему не подчиняются.

1.2.Как получить неньютоновскую жидкость в домашних условиях?

1.3. Удивительные свойства неньютоновской жидкости.

Глава 2. Чем полезны неньютоновские жидкости?

2.1. Какие производства уже используют необычные возможности неньютоновских жидкостей?

2.2. Поможет ли использование необычных свойств неньютоновских жидкостей ремонте дорог?

2.3 Анализ результатов исследования.

Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения.

Введение

Любая гениальная идея,

в сущности, очень проста.
Карел Чапек

Однажды мне подарили удивительную игрушку с интересным названием «жвачка для рук». Это была баночка особого вещества, которое, при первом взгляде, было похоже на пластилин. Однако когда я вылепил из нее фигурку и поставил на стол, фигурка чудесным образом стекла, как будто была сделана из густой жидкости (рисунок 1). Поиграв немного, я понял, что «жвачка для рук» остается твердой, пока на нее действует какая-либо сила. Как только сила перестает действовать, она превращается в жидкость. Мне стало интересно, что же это такое и почему субстанция ведет себя и как твердое, и как жидкое вещество.

Жидкости окружают нас повсюду. Выходя на улицу, мы видим реки и озера, дома мы часто встречаемся с едой и напитками в виде жидкостей, пользуемся жидкими лекарствами. Жидкости отличаются по цвету и запаху, имеют различное применение в быту и на производстве.

В мире существуют жидкости, которые отличаются от большинства других своими химическими и физическими свойствами. Такие жидкости называются неньютоновскими.

Цель работы – изучить свойства неньютоновских жидкостей, а также изучить природу происхождения этих свойств.

Объектом исследования является неньютоновская жидкость, полученная из воды и крахмала.

Предмет исследования – свойства и структура неньютоновской жидкости.

Задачи исследования:

-провести анализ литературы по изучению неньютоновских жидкостей;

- выявить возможное применение данных жидкостей в жизни человека;

- изучить собранный материал;

- оформить в виде мультимедийной презентации.

Гипотеза: я думаю, что использование необычных свойств неньютоновской жидкости можно применять для решения серьёзных хозяйственных проблем.

Методы:

- анализ литературы по проблеме;

- работа в сети Интернет;

- организационные методы – сравнительный метод полученных данных;

- эмпирические методы – наблюдение, эксперимент;

- метод обработки данных – количественный и качественный анализ результатов исследования.

Наглядное представление данных: мультимедийное приложение.

Практическое значение работы – более глубокое изучение свойств хорошо известных нам веществ, позволяющее использовать эти свойства с максимальной пользой для человека, но без вреда и ущерба для природы.

Глава 1. Что такое неньютоновская жидкость?

1.1. Закон Ньютона о вязкости жидкости и жидкости, которые ему не подчиняются.

Еще в конце 17 века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее, чем грести медленно. И тогда он сформулировал закон: «Вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее». То есть чем больше сила воздействия, тем более вязкой становится жидкость. Однако существую жидкости, которые не совсем подчиняются этому правилу. Их вязкость растет намного быстрее, чем увеличивается сила воздействия. И раз такие жидкости не подчиняются закону Ньютона, им дали название неньютоновские жидкости. Говоря научным языком, неньютоновская жидкость - это жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.

1.2. Как получить неньютоновскую жидкость в домашних условиях?

Со временем моя игрушка «жвачка для рук» стала терять свои начальные свойства. Мне стало интересно, можно ли изготовить подобную вещь самому. Оказывается, нет необходимости иметь дома многочисленные химические элементы, которые входят в состав жвачки для рук. Можно изготовить неньютоновскую жидкость из обычного картофельного крахмала и воды.

Для того чтобы получить неньютоновскую жидкость, нужно смешать в равных частях крахмал и воду и тщательно размешать получившуюся массу. Готовая смесь проявляет все те же свойства, что и жвачка для рук.

1.3. Удивительные свойства неньютоновской жидкости.

Для того чтобы убедиться в ее удивительных свойствах при воздействии силы становиться твердым телом, я решил провести с жидкостью некоторые опыты. Итак, сравним поведение обычной жидкости – воды, и неньютоновской – смеси крахмала и воды в некоторых условиях.

Опыт №1 (рисунок 2).

Наполним небольшую емкость готовой смесью воды и крахмала. Будем помещать руку в жидкость с различной скоростью. При плавном погружении рука легко проникает в жидкость, при быстром погружении жидкость не позволяет руке проникнуть внутрь. Масса становится похожа на глину или пластилин при резком сжимании пальцами, при медленном сжатии масса растекается.

Опыт №2 (рисунок 3).

Поместим динамик в пакет. Нальем немного нашей жидкости на динамик, покрытый пленкой. Включим динамик и выберем музыкальную композицию с высоким уровнем низких частот или, как их обычно называют ди-джеи, басов. При доведении звука и уровня басов до максимума, жидкость начинает «танцевать» в такт музыки и принимать различные формы.

Опыт №3 (рисунки 4 и 5).

Нам понадобятся два полиэтиленовых фасовочных пакета. Наполним один из них водой, второй – экспериментальной жидкостью. Поместим внутрь каждого куриное яйцо. Сбросим каждый пакет с высоты 2м. Упав с высоты, яйцо в пакете с водой разбилось, в то время как второе яйцо, помещенное в пакет с неньютоновской жидкостью и также сброшенное с высоты, осталось целым.

Опыт №4 (рисунки 6 и 7).

Наполним одну большую емкость водой, вторую экспериментальной смесью. Поместим деревянный брусок на поверхность обеих жидкостей. Попробуем с помощью молотка забить гвоздь в каждый из брусков. В брусок, расположенный в емкости с водой, гвоздь забить не удалось, так как он погружался в воду, разбрызгивал ее и переворачивался. В брусок, расположенный в емкости с экспериментальной жидкостью, гвоздь забить удалось, так как брусок не переворачивался и лежал как будто на твердой поверхности.

В чем же секрет неньютоновской жидкости, сделанной из крахмала? Дело в том, что частицы крахмала разбухают в воде. Между ними формируются физические контакты в виде сплетенных групп молекул. Эти прочные связи называются «зацеплениями» (рисунок 8). При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешнее воздействие как упругая пружина (рисунок 9). При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться. Система рвется, и молекулы расходятся (рисунок 10).

Глава 2. Чем полезны неньютоновские жидкости?

2.1. Какие производства уже используют необычные возможности неньютоновских жидкостей?

Неньютоновские жидкости широко применяются в различных отраслях. Благодаря своим свойствам увеличивать вязкость при воздействии силы, они способны уменьшат силу удара. В связи с этим данные жидкости используются при изготовлении мото и велозащиты. В состоянии покоя эти жидкости позволяют принимать форму тела и как бы «обволакивать» возможные места травмирования: локти, колени, голову. При падении и, соответственно, воздействии силы жидкость проявляет свойства твердого тела и надежно защищает от травм.

На сегодняшний день в некоторых странах ведутся разработки бронежилетов, содержащих внутри себя неньютоновские жидкости. При ношении на теле они не будут сковывать движения, но при попадании пули будут проявлять высокую вязкость и смогут удерживать ее.

2.2. Поможет ли использование необычных свойств неньютоновских жидкостей ремонте дорог?

В день проведения опытов с неньютоновской жидкостью папа и я ездили в магазин, чтобы купить нужные нам ингредиенты. Подъезжая к магазину, наша машина одним колесом угодила в яму. После проведения опытов я вспомнил об этом случае и подумал о том, что усовершенствованные неньютоновские жидкости можно было бы применять в ремонте автомобильных дорог. И здесь главную роль будет играть свойство данных жидкостей в спокойном состоянии вести себя как жидкости, а при воздействии силы проявлять свойства твердого тела. Для того, чтобы чинить дороги с помощью подобных субстанций, их нужно поместить в оболочку и погрузить в яму. В спокойном состоянии жидкость «растечется» и примет форму дорожной ямы. Но когда автомобиль будет проезжать по дороге, за счет своей скорости и веса он будет с силой воздействовать на жидкость, которая начнет себя вести как твердое вещество. Соответственно, автомобиль не провалится в яму, а водитель не заметит неровности.

Для того чтобы подтвердить свою идею, мы решили изготовить специальный макет для радиоуправляемой машины (рисунок 11). Из полистирольной панели мы сделали «дорожное покрытие» с ямой. Проезжая по яме, автомобиль колесом проваливается в нее. Такое «полотно» непригодно для езды. Поместим в яму уже знакомую нам неньютоновскую жидкость – смесь крахмала и воды, предварительно обернутую в стретч-пленку. Проезжая по такой «отремонтированной» яме, автомобиль воздействует на смесь, а она, в свою очередь, принимает свойства твердого тела, и автомобиль не проваливается.

2.3. Анализ результатов исследования.

Из ситуаций, которые я наблюдал, и из результатов исследовательских экспериментов я выяснил, что неньютоновские жидкости можно применять в тех сферах, где необходима защита при воздействии силы. Благодаря своим свойствам обычной жидкости, эти вещества могут заполнять любые формы, при этом защищать что-либо при ударах, падениях или воздействии движущихся объектов. Я считаю, что при дальнейшей разработке, идея использования неньютоновских жидкостей для ремонта различных покрытий, в том числе и дорожного полотна, будет очень интересной и полезной в применении. Такой ремонт поможет сэкономить.

Выводы

В данной работе мы изучили основные свойства неньютоновских жидкостей. Мы изготовили неньютоновскую жидкость в домашних условиях и выполнили несколько экспериментов. Мы выяснили, что вязкость этого вещества резко возрастает при применении к нему силы. Я понял, что при различном воздействии силы в любом ее проявлении, неньютоновская жидкость действительно ведет себя как твердое вещество, при отсутствии воздействия, то есть в состоянии покоя, неньютоновская жидкость проявляет свойства жидкого вещества. Это подтверждают мои эксперименты. Подобные вещества возможно использовать в разных сферах деятельности человека.

Чтобы все ребята в нашем классе знали о том, что в мире существуют разные виды жидкостей, я провел исследовательскую работу на данную тему и представил мультимедийное приложение. Также я изготовил брошюру с кратким руководством о том, как устроить научную вечеринку и показать друзьям опыты с неньютоновской жидкостью.

Заключение

Я наблюдал и проводил исследования, смотрел новости и читал книги, штудировал сеть Интернет. У меня появилось предположение, что неньютоновские жидкости можно будет в будущем использовать для ремонта дорожного полотна.

Для подтверждения этой гипотезы, я провел наблюдения и экспериментальные исследования: выполнил ряд опытов для сравнения поведения обычной жидкости и неньютоновской, изготовил макет дорожного полотна и «заплатку» для его ремонта.

В результате было выявлено, что при движении по макету дороги, яма в котором была заделана неньютоновской жидкостью, радиоуправляемая машина абсолютно не провалилась и плавно продолжила движение. Исходя из этого, я считаю, что моя гипотеза - подтвердилась.

Мне эта работа очень помогла лучше узнать свойства обычных и необычных жидкостей, проявить изобретательские и исследовательские способности.

Список литературы

1. Сикорук Л.Л. Физика для малышей – ИнтеллектИк; 2015

2. Статья «Кинетический песок и неньютоновская жидкость», журнал "Современный детский сад, октябрь (№6) 2015

3. Статья «А Ньютона не пригласили», журнал «Популярная механика», май (№115) 2012

http://ctc.ru/projects/show/galileo/

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

Приложения.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Рисунок 8.

Рисунок 9.

Рисунок 10. Рисунок 11.

6

Выполнил: ученик 3А класса Шеленёв Иван Дмитриевич

Руководитель: Чистякова Марина Игоревна

ПРОЕКТ НА ТЕМУ

« Неньютоновские жидкости в жизни человека »

Воскресенск, 2016г.

Жвачка для рук

«Неньютоновские жидкости в жизни человека»

Цель работы - изучить свойства неньютоновских жидкостей, а также изучить природу происхождения этих свойств.

Объект исследования - неньютоновская жидкость, полученная из воды и крахмала.

Предмет исследования - свойства и структура неньютоновской жидкости.

Гипотеза : я думаю, что неньютоновские жидкости можно применять для решения серьёзных хозяйственных проблем.

Крахмал + Вода

Опыт №1

Опыт №2

Опыт №3

При различном воздействии силы в любом ее проявлении, неньютоновская жидкость ведет себя как твердое вещество, при отсутствии воздействия силой, то есть в состоянии покоя, неньютоновская жидкость проявляет свойства жидкого вещества.

Для того чтобы подтвердить свою идею, мы решили изготовить специальный макет «дорожного покрытия» с ямой. Проезжая по яме, автомобиль колесом проваливается в нее. Поместим в яму смесь крахмала и воды, предварительно обернутую в стреч-пленку. Проезжая по такой «отремонтированной» яме, автомобиль воздействует на смесь, а она, в свою очередь, принимает свойства твердого тела, и автомобиль не проваливается.

Таким образом, наша гипотеза подтвердилась. Если в дальнейшем усовершенствовать эту технологию, то вполне возможно будет чинить дороги подобным образом.

Спасибо за внимание!