Исследовательская работа "Аномальные свойства неньютоновской жидкости"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Школа №13 г. Благовещенска»

Исследовательская работа

Аномальные свойства неньютоновской жидкости

Выполнили: Фадеева М.С.

Абрютина В.А.

Гордейчук А.А.

Ученицы 9»Б» класса,

МАОУ «Школа №13 г. Благовещенска»

Руководитель: Семенихина М.Н.

Учитель физики,

МАОУ «Школа №13 г. Благовещенска»

г. Благовещенск, 2016г.

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Вязкость жидкости. Аномальность неньютоновской жидкости 5

Глава 2. Опыты с неньютоновской жидкостью 11

2.1 Изучение свойств вещества 11

2.2 Защитные свойства 13

2.3 Приготовление слайма 13

Глава 3. Примеры неньютоновских жидкостей и их использование в практике 15

3.1 Зыбучие пески 15

3.2 Горячий лёд 15

3.3 Масляные краски и зубная паста 15

3.4 Применение в косметологии 16

3.5 Применение в медицине 17

3.6 Применение в кулинарии 17

3.7 Бронежилеты 18

3.8 Гель D3O 18

3.9 Заполнение дорожных ям 19

3.10 Смазочный материал. 20

Заключение 21

Список используемой литературы 23

Приложения 24

Введение

К изучению этой темы меня подвёл просмотр эпизода развлекательно-познавательной программы «Галилео», в котором показывали эксперимент с неньютоновской жидкостью. Эксперимент произвёл на меня большое впечатление, и мне захотелось узнать об удивительных свойствах этой жидкости, противоречащих законам Ньютона. Своими планами поделилась с одноклассницами, и им тоже стало интересно, поэтому мы вместе занялись этим вопросом. В домашних условиях нам удалось не только повторить увиденное, но и подробнее изучить данное явление, провести дополнительные эксперименты.

Актуальность. С рождения нас окружают жидкости. Мы представляем их по-разному: горячими, холодными, текучими, но мало кто из нас может вообразить себе жидкость, находящуюся в вертикальном состоянии или твердой, как любой другой твердый объект. Тем не менее, такие жидкости окружают нас повсюду. Многие люди не знают о тех необычных свойствах жидкости, хотя и используют их. Познание мира и многих интересных процессов, происходящих вокруг, очень полезно абсолютно всем. Изучая литературу, мы узнали, что неньютоновские жидкости по своим свойствам являются аномальными. Актуальность нашего исследования вызвана именно желанием выяснить, в чем же состоит аномальность неньютоновской жидкости, проверить свойства жидкости на опыте.

Цель работы: выяснить особенности и некоторые свойства неньютоновских жидкостей.

Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:

1. Найти в источниках информации определения и описания неньютоновских жидкостей.

2. Описать свойства неньютоновских жидкостей и их отличия от ньютоновских жидкостей.

3. Провести экспериментальное исследование некоторых свойств неньютоновских жидкостей с выполнением фотографий и видеосюжетов.

4. Создать презентацию по исследуемой теме.

5. Найти рецепты изготовления неньютоновских жидкостей и изготовить их.

Объект исследования – свойства неньютоновской жидкости.

Предмет исследования: неньютоновская жидкость (крахмальный раствор, водопроводная вода, клей ПВА, тетроборат натрия, зелёнка).

Методы исследования: анализ литературы, классификация, обобщение, наблюдение, опыт, обработка данных, анализ экспериментальных результатов.

Гипотеза: если мы определим, от чего зависит вязкость жидкости, то это позволит нам объяснить аномальные свойства неньютоновских жидкостей.

Новизна работы: расширение знаний о свойствах жидкости и их практическом применении в новых технологиях.

Практическая значимость: исследовательская работа может быть использована при изучении темы «Свойства жидкостей». Приобретенные знания и навыки могут быть полезны в получении профессии в области нефтегазовой промышленности, архитектуре, медицины, промышленности, косметологии, кулинарии и т. д.

Глава 1. Вязкость жидкости. Аномальность неньютоновской жидкости

Жидкость – агрегатное состояние вещества, обладающее свойством, отличающим её от других агрегатных состояний – способностью неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Это свойство называется текучестью. Другое важное свойство жидкостей, роднящее их с газами – это вязкость. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается.

Науку, формулирующую правила и законы обобщенного рассмотрения механического поведения твердо- и жидкообразных тел, называют реологией [3,2].

Ещё в конце 17-го века Ньютон обратил внимание, что грести вёслами быстро гораздо тяжелее, нежели медленно. Он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на неё.

Неньютоновской, или аномальной, называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости¹, движение которой не подчиняется закону Ньютона [1]. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. Кровь содержит структурированные компоненты – белки и клетки крови, поэтому является «неньютоновской» жидкостью. Ньютоновскими, или нормальными характеристиками течения, обладают все газы, жидкости и растворы, имеющие небольшую молекулярную массу (вода, бензин и т. д.).

С трением знакомы практически все. Трение между твердым телом и жидкостью или газом называется жидким, или вязким трением [1]. Оно подчиняется своим закономерностям, существенно отличающимся от законов сухого трения. Каково это отличие и чем оно объясняется? Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую – энергию хаотического движения молекул.

Выберем площадку ΔS, к которой соприкасаются два соседних слоя жидкости L и M [2]. Обозначим и₁ и и₂ скорости слоев на расстояниях λ от площадки ∆S (λ – средняя длина свободного пробега молекул). Когда слои жидкости или газа движутся относительно друг друга с различными скоростями и₁ и и₂, то частицы, переходя из одного слоя в другой, переносят и свой импульс. Следовательно, в верхнем слое L появляются молекулы с большими скоростями, а в нижнем слое M – с меньшими. Каждая молекула, имеющая массу m при переходе из одного слоя в другой, изменяет свой импульс на m∆u. Если температура жидкости или газа постоянна, то все молекулы имеют одинаковую скорость теплового движения υ. За время Δt молекула пролетает расстояние υΔt. Число молекул в слоях М и L, прилегающих к площадке ∆S равно N₀=n₀(υ)∆SΔt, где n₀ – концентрация молекул.

В результате хаотического движения только N₀ перейдет из слоя в слой (перейдет в заданном направлении: снизу вверх), т. е. N₀ = n₀(υ)∆SΔt,где υ – средняя скорость теплового движения молекул, υ= . Суммарное изменение импульса, происходящее в каждом слое: m∆uN₀= m∆un₀(υ)∆SΔt.

Согласно второму закону Ньютона, ежесекундное изменение импульса слоя есть приложенная к нему внешняя сила: m∆un₀(υ)∆SΔt =F_внешΔt или mn₀(υ)∆u∆S =F_внеш

Таким образом, перенос импульса от одного слоя к другому воспринимается как сила трения F, действующая на данный слой со стороны соседних слоев. По 3 закону Ньютона: F_внеш=- F

n₀(υ)m∆u∆S = - Fили n₀(υ)m 2(λ) ∆S = - F

Закон внутреннего трения был установлен И. Ньютоном [6] и имеет вид:

Сила трения пропорциональна площади ΔS, лежащей в плоскости соприкосновения двух слоев газа или жидкости, градиенту скорости и действует по касательной к поверхности раздела слоев. Знак минус показывает, что импульс переносится в направлении уменьшения скорости. η – динамический коэффициент вязкости (внутреннего трения), или ньютоновская вязкость. Из (1) получим выражение. [4]

Ф изический смысл коэффициента вязкости из формулы: вязкость численно равна силе, действующей на единицу площади при градиенте скорости, равном единице. Вязкость вычисляется по формуле: (3)

Размерность коэффициента вязкости .На практике часто используется величина сантипуаз (сП):1 сП = 1 мПа·с = 1·10^-3Па·с[1]

некоторых случаях принято пользоваться так называемой кинематической вязкостью (условной вязкостью), равной динами­ческой вязкости жидкости, поделенной на плотность жидкости

Д

Рис. 2. Графическая зависимость вязкости от температуры

инамическая вязкость γ количественно характеризует сопротивление жидкости смещению ее слоев. Величина, обратная вязкости, называется текучестью [1]. На практике кинематическая вязкость часто измеряется в с ант истоксах (сСт):

температура

Рис. 2. Графическая зависимость вязкости от температуры

1 сСт = 0,01 Ст = 0,01 см²/с = 1·10^-6 м²/с.

В тех случаях, когда давление не превышает 10 МПа, изменением вязкости от давления пренебрегают. Вязкость, главным образом, зависит от рода жидкости и температуры. Как правило, вязкость уменьшается при увеличении температуры. При перекачке жидкостей это свойство можно рассматривать как полезное для увеличения температуры жидкостей с высокой вязкостью с целью облегчения их транспортировки [2].

В язкое поведение (вязкое течение) характеризуется пропорциональностью напряжения τ и скоростью деформации, описанной законом Ньютона:

F – сила внутреннего трения; S – площадь поверхности соприкасающихся слоев жидкости. Градиент скорости движения слоев определяется в направлении, перпендикулярном площадке ΔS, сверху и снизу от которой движутся слои с различными скоростями и₁ и и₂.

Графически закону Ньютона отвечает прямая линия, проходящая через начало координат; котангенс угла наклона к оси абсцисс равен вязкости (рис.

3).Такое идеализированное вязкое поведение механически и термодинамически необратимо, т.е. после прекращения воздействия напряжения сдвига исходная форма тела не восстанавливаются [5]

Рис.4. Релаксация напряжений

Рис. 5 Вязкопластическое

поведение

Рис.3. Вязкое течение

Вязкость системы линейно возрастает с увеличением напряжения (рис.4). При времени воздействия, большем t_p, такая система близка по свойствам к жидкости, а при меньшем – напоминает упругое тело.

Если к вязкопластичной жидкости прикладывать напряжение сдвига, меньшее по величине, чем τ₀, то такая жидкость будет оставаться в покое. Как только напряжение сдвига превысит τ_0, вязкопластик начнет течь, как обычная ньютоновская жидкость. Иначе говоря, привести в движение вязкопластичную жидкость можно, лишь преодолев её статическое (предельное) напряжение. К вязкопластичным жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту и т. д. [5].

Неньютоновская жидкость – вязкая жидкость, коэффициент вязкости которой зависит от приложенного напряжения. Эффект изменения (обычно снижения) эффективности вязкости η с ростом скорости сдвига называется аномалией вязкости. Характерная особенность неньютоновских жидкостей состоит в том, что их кажущаяся вязкость не является константой данной жидкости (рис.5). Она зависит уже не только от температуры и давления, но и от скорости сдвига, продолжительности его действия и других факторов. В зависимости от этих факторов неньютоновские жидкости условно делятся на три группы, каждая из которых, в свою очередь, подразделяется на подгруппы. К первой группе относят так называемые вязкие, или стационарные, неньютоновские жидкости, для которых градиент скорости не зависит от времени (очень густые суспензии, пасты; растворы многих полимеров). Ко второй группе относят неньютоновские жидкости, у которых зависимость между градиентом скорости и напряжением силы трения изменяется во времени (масляные краски, а из молочных продуктов – простокваша и кефир). К третьей группе относят вязкоупругие жидкости, которые текут под воздействием напряжений сдвига. После снятия этих напряжений они частично восстанавливают свою форму как упругие твердые тела. Такими свойствами обладают некоторые смолы и тестообразные тела [1, 6].

Все неньютоновские жидкости обладают кажущейся вязкостью, превышающей вязкость воды. Наличие у всех этих жидкостей аномальных свойств, отличающих их от ньютоновских, объясняется особенностями молекулярных структур и внутренних, молекулярных движений. Наиболее широкое распространение имеют «вязкопластичные» жидкости, в которых наряду с вязкостью проявляются пластические свойства, заключающиеся в наличии у жидкости некоторого предельного напряжения сдвига, только после достижения которого, жидкость начинает течь [2].

Глава 2. Опыты с неньютоновской жидкостью 2.1 Изучение свойств вещества

Мы провели несколько экспериментов, чтобы узнать, чем же все-таки неньютоновская жидкость отличается от любой другой жидкости. Для начала мы сравним свойства воды и нашей смеси крахмала и воды. Возьмем пропорции примерно 3:1 в пользу крахмала.

Опыт 1.

Первое свойство – текучесть. Текучесть — свойство жидкостей при постепенном увеличении давления уступать действию сдвигающих сил и течь подобно вязким жидкостям. Как мы все знаем, вода способна течь, ее можно перелить из одного сосуда в другой. На опыте мы выяснили, что неньютоновская жидкость имеет такое же свойство. Идем дальше.

Опыт 2.

Второе свойство – вязкость. Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла. Вода также обладает этим свойством. Пусть и в незначительной степени, но все жидкости вязкие. Теперь посмотрим на нашу смесь. Можно проследить в том же эксперимента с переливанием жидкости, что у нашего вещества большая вязкость. Намного сильнее, чем в воде.

Опыт 3.

Третье свойство – диффузия, или смешиваемость. Как мы знаем, вода может смешиваться с другими веществами. Если добавить в стакан с водой немного краски, цвет жидкости сразу же поменяется. Но будет ли так и со смесью крахмала и воды? Мы опустили в наш сосуд с неньютоновской жидкостью обычный карандаш. Вытащив через пару секунд, в том месте, где находился конец карандаша, была видна цветная полоска от графита. Это подтверждает то, что неньютоновская жидкость по свойствам схожа с обычными ньютоновскими жидкостями.

Опыт 4.

Четвертое свойство - смачиваемость. Сма́чивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Мы проверим, обладает ли смесь крахмала с водой таким качеством. Окунем обычную джинсовую ткань в воду. Ткань намокла. Теперь окунем ее в сосуд с неньютоновской жидкостью. Да, тряпка немного смокла, но незначительно. На ней остались кусочки смоченного крахмала. Это означает, что наше вещество имеет не только сходства, но и различия с привычными нам ньютоновскими жидкостями.

Опыт 5.

Пятое свойство - испарение. Испаре́ние — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Оставим стакан с водой и стакан со смесью крахмала и воды на сутки. В результате такого эксперимента мы проследили, что уменьшилось как количество воды, так и количество второго вещества.

Опыт 6.

Шестое свойство - магнетизм. Магнети́зм  — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наличие этого свойства, соответственно, можно проверить воздействием на жидкость магнита. Поднесем магнит к сосуду с водой - никакой реакции. Из литературных источников нам известно, что простая смесь крахмала и воды не реагирует с магнитом, как вышло и у нас. Но есть также и ферромагнитная жидкость, которая относится к ряду неньютоновских. Ферромагнитная жидкость может быть получена многими способами. Процесс довольно прост и складывается из двух стадий. Вначале необходимо получить магнитные частицы с размерами, близкими к коллоидным. А уже далее - стабилизировать их в жидкой основе.

Опыт 7.

Седьмое свойство - твердеет при сжатии или ударе. Сожмем в ладони воду - не твердеет, лишь смачивает руку. Теперь неньютоновскую жидкость - скамкивается, превращается в кусочки, но, если разжать, через пару секунд примет прежнее состояние жидкости.

Ударим по воде кулаком. Вода расплескалась, не затруднила движения руки. Теперь мы быстрыми движениями воздействовали на нашу жидкость. Что мы увидели? Жидкость превратилась в твердое тело. После этого мы замедлили скорость воздействия. При нажатии палец больше не сталкивался с твердой преградой, он прошел через всю ткань, как через обычную жидкость. Этот эксперимент подтверждает мнение о том, что неньютоновская жидкость обладает признаками как жидкостей, так и твердых тел.

Таким образом, у нас получилось следующее. [смотри приложение 1]

2.2 Защитные свойства

Еще один опыт. Поместим яйцо в пакет с водой. Прочно завяжем пакет и бросим с высоты примерно 1,5м. Развязываем пакет и видим, что яйцо разбилось. Теперь поместим яйцо в пакет со смесью крахмала и воды. Подымем на такую же высоту и бросим. Развязываем пакет и видим, что яйцо в целости и сохранности. Опять-таки делаем вывод, что при резком воздействии на неньютоновскую жидкость образуется твердая среда.

2.3 Приготовление слайма

Самая первая игрушка-лизун или слайм (slime) была сделана компанией Mattel в 1976 году. Игрушка-Лизун заслужила популярность благодаря своим забавным свойствам – одновременно текучести, эластичности и возможности постоянно трансформироваться. Обладающий свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро стала безумно популярной у детей и взрослых. Лизуна можно было купить не везде, но забавную игрушку скоро научились делать в домашних условиях.

Рецепт — как сделать лизуна дома:

Изготовление лизуна своими руками и в домашних условиях отличается от оригинального рецепта. Например, гуаровую камедь приобрести в магазине не так просто, как другие компоненты. Поэтому будем использовать более доступные вещества:

1. Клей ПВА. Белый, желательно свежий клей можно купить в любом канцелярском или строительном магазине. Клея для Лизуна нам понадобится примерно половина обычного стакана, около 100 гр.

2. Вода – самая обычная вода из-под крана. При желании можно взять кипяченую, комнатной температуры. Понадобится немного больше стакана.

3. Тетраборат натрия, боракс или бура. Может быть приобретен в аптеке, в форме 4%-ного раствора.

4. Пищевой краситель или несколько капель зеленки. Оригинальный лизун – зеленый, и зеленка отлично подходит на роль подкрашивающего вещества.

5. Мерный стакан, посуда и палочка для смешивания. В качестве палочки можно взять карандаш, ложку или любой другой подходящий предмет.

Переходим к самому процессу создания лизуна.

- Растворяем столовую ложку боракса в стакане воды.

 - Четверть стакана воды и четверть стакана клея превращаем в однородную смесь в другой посуде. При желании туда же добавляем краситель.

- Перемешивая клеевую смесь, постепенно добавляем туда раствор буры, примерно полстакана. Мешаем до получения желеобразной однородной массы.

- Проверяем результат: загустевшая субстанция, собственно, и является игрушкой лизуном. Ее можно выложить на стол, помять и проверить все ее оригинальные свойства. [смотри приложение 2]

Глава 3. Примеры неньютоновских жидкостей и их использование в практике 3.1 Зыбучие пески

Зыбучие пески — это пески, перенасыщенные воздухом (газом или горячими парами, в пустыне) или влагой восходящих источников. Вследствие этого они способны засасывать вглубь попадающие на них предметы, животных и человека. Благодаря испарине или тонкой плёнке воды, обволакивающей песчинки, сцепление между ними становится незначительно маленьким. 
Зыбучий песок — это неньютоновская жидкость. Такая жидкость ведет себя по-разному в зависимости от воздействия. Если на нее воздействовать резко, сильно, быстро — она проявляет свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью. Проще говоря, это такое вещество, которое может быть и твердым и жидким, в зависимости от того с какой скоростью с ним взаимодействуют.

3.2 Горячий лёд

Горячий лёд, известный также как ацетат натрия, представляет собой жидкость, затвердевающую при малейшем воздействии. От простого прикосновения он из жидкого состояния мгновенно трансформируется в твёрдый как лёд кристалл. На всей поверхности образуются узоры, как на окнах в мороз, процесс продолжается несколько секунд — пока всё вещество не «замёрзнет». При нажатии образуется центр кристаллизации, от которого молекулам по цепочке передается информация о новом состоянии. Конечно, в итоге образуется вовсе не лёд — как следует из названия, вещество на ощупь довольно тёплое, охлаждается очень медленно и используется для изготовления химических грелок.

3.3 Масляные краски и зубная паста

Масляные краски и зубная паста также являются неньютоновской жидкостью. Если в сосуд, наполненный зубной пастой, что-либо бросить, то этот предмет сначала останется на поверхности, но спустя некоторое время начнет медленно опускаться на дно.

3.4 Применение в косметологии

При исследовании неньютоновских жидкостей в первую очередь изучают их вязкость, знания о вязкости и о том, как ее измерять и поддерживать, помогают и в медицине, и в технике, и в кулинарии, и в производстве косметики. Косметические компании зарабатывают огромную прибыль на том, что смогли найти идеальный баланс вязкости, который нравится покупателям. 
Чтобы косметика держалась на коже, ее делают вязкой, будь это жидкий тональный крем, блеск для губ, подводка для глаз, тушь для ресниц, лосьоны, или лак для ногтей. Вязкость для каждого изделия подбирается индивидуально, в зависимости от того, для какой цели оно предназначено. Блеск для губ, например, должен быть достаточно вязким, чтобы долго оставаться на губах, но не слишком вязким, иначе тем, кто им пользуется, будет неприятно ощущать на губах что-то липкое. В массовом производстве косметики используют специальные вещества, называемые модификаторами вязкости. В домашней косметике для тех же целей используют разные масла и воск. 

В гелях для душа вязкость регулируют для того, чтобы они оставались на теле достаточно долго, чтобы смыть грязь, но не дольше, чем нужно, иначе человек почувствует себя снова грязным. Обычно вязкость готового косметического средства изменяют искусственно, добавляя модификаторы вязкости. 
Наибольшая вязкость — у мазей. Вязкость кремов — ниже, а лосьоны — наименее вязкие. Благодаря этому лосьоны ложатся на кожу более тонким слоем, чем мази и кремы, и действуют на кожу освежающе. По сравнению с более вязкой косметикой, их приятно использовать даже летом, хотя втирать их нужно сильнее и чаще приходится наносить повторно, так как они долго не задерживаются на коже. Кремы и мази дольше остаются на коже, чем лосьоны, и сильнее ее увлажняют. Их особенно хорошо использовать зимой, когда в воздухе меньше влаги. В холодную погоду, когда кожа сохнет и трескается, очень помогают такие средства как, например, масло для тела — это что-то среднее между мазью и кремом. Мази намного дольше впитываются и после них кожа остается жирной, но они намного дольше остаются на теле. Поэтому их часто используют в медицине. 

От того, понравилась ли вязкость косметического средства покупателю, часто зависит, выберет ли он это средство в будущем. Именно поэтому производители косметики тратят много усилий на то, чтобы получить оптимальную вязкость, которая должна понравиться большинству покупателей. Один и тот же производитель часто выпускает продукт для одних и тех же целей, например гель для душа, в разных вариантах и с разной вязкостью, чтобы у покупателей был выбор. Во время производства строго следуют рецепту, чтобы вязкость соответствовала стандартам.

3.5 Применение в медицине

В медицине необходимо уметь определять и контролировать вязкость крови, так как высокая вязкость способствует ряду проблем со здоровьем. По сравнению с кровью нормальной вязкости, густая и вязкая кровь плохо движется по кровеносным сосудам, что ограничивает поступление питательных веществ и кислорода в органы и ткани, и даже в мозг. Если ткани получают недостаточно кислорода, то они отмирают, так что кровь с высокой вязкостью может повредить как ткани, так и внутренние органы. Повреждаются не только части тела, которым нужно больше всего кислорода, но и те, до которых крови дольше всего добираться, то есть, конечности, особенно пальцы рук и ног. При обморожении, например, кровь становится более вязкой, несет недостаточно кислорода в руки и ноги, особенно в ткань пальцев, и в тяжелых случаях происходит отмирание ткани. В такой ситуации пальцы, а иногда и части конечностей приходится ампутировать.

Мази также являются неньютоновской жидкостью. Они, как и крема, обладают большой вязкостью, а это способствует задержанию мази на коже.

3.6 Применение в кулинарии

Чтобы улучшить оформление блюд, сделать еду более аппетитной и чтобы ее было легче есть, в кулинарии используют вязкие продукты питания. 
Продукты с большой вязкостью, например, соусы, очень удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты, как хлеб. Их также используют для того, чтобы удерживать слои продуктов на месте. В бутерброде для этих целей используют масло, маргарин, или майонез — тогда сыр, мясо, рыба или овощи не соскальзывают с хлеба. В салатах, особенно многослойных, также часто используют майонез и другие вязкие соусы, чтобы эти салаты держали форму. Самые известные примеры таких салатов — селедка под шубой и оливье. Если вместо майонеза или другого вязкого соуса использовать оливковое масло, то овощи и другие продукты не будут держать форму. 
Вязкие продукты с их способностью удерживать форму используют также для украшения блюд.

3.7 Бронежилеты

Для защиты в бронежилетахи шлемах ученые разработали антивзрывную упаковку из неньютоновской жидкости. Бомбу в самолете можно обезвредить с помощью мгновенно твердеющей жидкости. В ноябре прошлого года при досмотре багажа на рейс из Намибии в Мюнхен рентгеновский сканер обнаружил в чемодане одного из пассажиров подозрительное устройство. Для того чтобы защитить авиапассажиров, международная команда ученых разработали специальную сумку чехол, которая способна подавитьвзрыв в багажном отсеке самолета. Изобретение основано на изменении вязкости жидкости, связанном с изменением ее скорости.Надо отметить, что свойство неньютоновских жидкостей вдохновляет многих ученых, которые каждый год преподносят новые разработки в области «жидкой брони». Британские ученые представили жидкую броню, которая намного легче и дешевле современной (на основе кевлара и керамики). Такие бронежилеты защищают от высокоскоростных пуль и осколков, однако не препятствуют другим атакам, например, удару ножом.

3.8 Гель D3O

Гель D3O предлагалось использовать в бронежилетах, специальных модулях для защиты транспорта и даже в качестве мягкой подкладки для солдатских касок. Последний момент выглядит особо интересным. По словам Палмера, каска с такой подкладкой станет пуленепробиваемой. Неужели, он не знает, какую цену платили солдаты Первой Мировой за пуленепробиваемые каски? Тем не менее, английское министерство обороны заинтересовалось гелем и выделило лаборатории Палмера грант в 100 тысяч фунтов. В прошедшие с тех пор три года регулярно появлялись новости о ходе работ, фото- и видеоматериалы с испытаний очередной версии геля, но готовой каски или жилета с D3O пока так и не продемонстрировали.

3.9 Заполнение дорожных ям

Группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Когда на неё не действуют внешние силы, она течёт, как жидкость, когда же ей приходится иметь дело с телом большой массы (или движущимся на значительной скорости) – превращается в нечто твёрдое. На прошлой неделе авторы получили за эту разработку первый приз на инженерном конкурсе, спонсируемом французской материаловедческой компанией Saint-Gobain. Следующая цель изобретателей – коммерциализация продукта. По словам разработчиков, неньютоновская жидкость пришла им в голову из-за своей дешевизны (обычная грязь с водой и крахмалом – и та ведёт себя как неньютоновская жидкость) и особых физических свойств. Когда к ней не прилагают никаких сил, она течёт подобно жидкости, заполняя все щели и неровности. Когда же на неё попадает колесо (или воздействует иная нагрузка) – ведёт себя как твёрдое тело. И главное: в такой «дорожной заплатке» нечему ломаться, а распределение нагрузки на подстилающую поверхность стремится к идеальному (даже лучше, чем в обычном асфальте) и максимально близко к распределению в жидкостях. Дождь не размоет эту заплатку, поскольку она в водонепроницаемом мешке. И колёса машины, естественно, ничего не смогут сделать: от мешка-заплатки нельзя отделить ни частички.

3.10 Смазочный материал.

Неньютоновские жидкости при использовании обладают отчетливо выраженными преимуществами, в частности они создают защитную пленку смазочного материала, которая никогда не стекает с рабочих поверхностей двигателя. 

Следует особо подчеркнуть широкое использование неньютоновских жидкостей в нефтяной промышленности, где они учувствуют во многих производственных процессах –перемещаются по гидравлическим системам различного назначения и конструкции и характеризуются при этом большим разнообразием химического состава и физических свойств.

Заключение

Мы узнали на практике, каково различие между неньютоновской и ньютоновской жидкостями. Нашли новые способы применения этой жидкости. Вещество со столь интересными свойствами могло бы помочь решить много мировых проблем, в первую очередь экологических.

В ходе исследования мы пришли к выводу, что неньютоновская жидкость обладает уникальными свойствами. Изучение этих свойств позволяет создать усовершенствованные изделия, применяемые во всех сферах человеческой деятельности, и решить множество бытовых задач. Дальнейшее исследование свойств и особенностей неньютононовских жидкостей позволяет нам решать наиболее важные и актуальные задачи развития современных технологий.

Наряду с другими необычными по своим свойствам материалами, материалы из неньютоновских жидкостей широко используются сегодня. С начала нашего столетия стремительно растёт коммерческое использование модернизированных неньютоновских жидкостей. Спектр применения материалов на их основе очень широк: начиная с бытовых изделий и заканчивая мировой индустрией технологий.

Таким образом, неньютоновские жидкости и материалы на их основе – это одно из величайших открытий человечества, ещё один большой шаг на пути к развитию современных технологий.

Основываясь на свойствах неньютоновской жидкости, мы хотим предложить несколько способов ее использования.

1. Изготовление контейнеров для транспортировки и хранения легко бьющихся стеклянных предметов (стекло, посуда, елочные игрушки и др.)

2. Использование неньютоновских жидкости при изготовлении защитных средств (наколенники, налокотники, шлемы и др.) для спортсменов, а так же их применении при обучении при обучении маленьких детей ходьбе.

3. Предлагаю латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Когда на нее действуют внешние силы, она течет, как жидкость, но как только на нее накатывается колесо автомобиля, она моментально превращается в твердую, как асфальт, субстанцию.

Мы видим перспективу в применении неньютоновской жидкости для заполнения дорожных ям, так как на данный момент это проблема очень актуальна в России. Мы собираемся продолжить работать над этой темой в следующем году. Также в 10 классе, изучив формулы по нахождению вязкости вещества, мы хотим найти идеальный баланс вязкости неньютоновской жидкости для дальнейшего масштабного применения в решении дорожных проблем.

Список используемой литературы

1. Астарита Д ж., Марруччи Д ж., Основы гидромеханики неньютоновских

жидкостей/ пер.анг.-М., 1978.

2.Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1970. Т.1, параграфы

51-60, -112с.

3. Рейнер М., Реология, пер. с англ., М., 1965.

4. Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964.

5. Шульман 3. П., Беседы о реофизике, Минск, 1976.

6. Технический словарь. Том 6. Неньютоновская жидкость.

7. http://ru. wikipedia/ org/wiki-Неньютоновская жидкость.

Приложения

Приложение1

Сравнение свойств ньютоновской и неньютоновской

жидкостей.

№	Свойства	Ньтоновская жидкость	Неньютоновская жидкость
1	Текучесть	Да	Да
2	Вязкость	Незначительная	Значительная
3	Смачивание	Значительное	Незначительная
4	Испарение	Да	Да
5	Смешиваемость	Отличная	Затруднена
6	Однородность по составу	Однородные	Неоднородны
7	Магнетизм	Нет	Да, некоторые виды
8	Пластичность	Нет	Да, некоторые виды
9	Хрупкость	Нет	Да, некоторые виды
10	Твердеет при сжатии или ударе	Нет	Да, некоторые виды
11	Пружинит при ударе	Нет	Да, некоторые виды.

Приложение2

Слайм и его изготовление.

1Градиентом (grad) физической величины называют вектор, характеризующий быстроту изменения этой величины вдоль данной оси на единицу длины. Направлен градиент в сторону наибольшего возрастания этой величины [6].

24