Проект являє собою дослідницьку роботу з визначення властивостей неньютоновскіх рідин і практичного застосування цих рідин.
У ньютонівських рідин (вода, низькомолекулярні органічні рідини, розплави солей) в'язкість не залежить від режиму течії. У неньютоновскіх рідин (рідкі полімери, стекла, емульсії) в'язкість залежить від режиму течії рідини. Властивості неньютоновскіх рідин вивчає реологія. Зазвичай такі рідини сильно неоднорідні і складаються з великих молекул, що утворюють складні просторові структури. Проблеми реологии потрібно враховувати при технології різних виробництв: композити, полімери, глини, силікати, харчові продукти (кетчуп, цукерки батончики, масла).
Виявити досліди, в яких наочно можна побачити відмінність ньютоновских і неньютоновскіх рідин.
Рідини оточують нас всюди. Це і вода, і продукти харчування. Тому вивчення властивостей рідких речовин і розширення знань про них завжди буде актуально.
- Вивчення теоретичних матеріалів
РІДИНА, не підкоряється законам Ньютона
Ось як ви собі уявляєте рідина? Якими властивостями вона повинна володіти? В першу чергу, напевно, вона повинна литися, розтікатися і так далі, а вже ніяк не витримувати вагу людини або займати вертикальне положення, але в не всі в нашому світі так просто, є особливі рідини, які ведуть себе трохи дивно - неньютонівської рідини
Ньютоновская рідина (названа так на честь Ісаака Ньютона) - в'язка рідина. підкоряється в своїй течії закону в'язкого тертя Ньютона. тобто дотичне напруження і градієнт швидкості в такій рідини лінійно залежні. Коефіцієнт пропорційності між цими величинами відомий як в'язкість.
Звучить досить складно, але буде більш зрозуміло, якщо сказати, що ньютонівська рідина - це вода, масло і велика частина звичних нам в щоденному використанні текучих речовин, тобто таких, які зберігають свій агрегатний стан, що б ви з ними не робили (якщо мова не йде про випаровуванні або заморожування, звичайно).
Неньютоновскими, або аномальними, називають рідини, протягом яких не підкоряється закону Ньютона. Таких, аномальних з точки зору гідравліки, рідин чимало. Вони широко поширені в нафтовій, хімічної, переробної та інших галузях промисловості. Якщо на них впливати різко, сильно, швидко - вони проявляють властивості, близькі до властивостей твердих тіл, а при повільному впливі стає рідиною.
До неньютонівська рідина можна віднести бурові розчини, стічні бруду, олійні фарби, зубну пасту, кров, рідке мило і ін.
Сипучий пісок, також як і різні види так званих неньютоновскіх рідин, має властивості, характерними як для твердих об'єктів, так і для звичайних рідин. Неньютонівські рідини складаються з дрібних частинок, розподілених в рідини, причому зовні можуть нагадувати тверді субстанції або гель. В англійській мові, втім, такі рідини прийнято позначати як "fluids", тоді як звичайні рідкі речовини названі звичним словом "liquids".
Хиткі піски - відомий з давніх-давен приклад неньютоновскіх рідин
Хиткі піски небезпечні тим, що вони можуть засмоктувати в себе все, що в них потрапляє. Стань на такий пісок - і почнеш тонути в ньому, але якщо ж швидко вдарити по сипучих пісках, то він відразу ж затвердіє.
Під час вивчення цієї теми мною також проводилися досліди по отриманню неньютоновской рідини в домашніх умовах. Опишу деякі з них.
Неньютонівська рідина З крохмалю І ВОДИ
Для приготування нам потрібні крохмаль (картопляний, кукурудзяний - будь-який) і вода. Пропорція залежить від якості крохмалю і зазвичай становить від 1: 1 до 1: 3 на користь води. В результаті змішування ми отримуємо щось типу киселю, що володіє цікавими властивостями. Так, якщо в ємність з сумішшю повільно ввести руку, то результат такий самий, як якщо б ми ввели руку в воду. Але якщо розмахнутися як слід і стукнути по цій суміші, то рука відскочить, як якщо б це було тверда речовина.
Також якщо лити таку суміш з достатньої висоти, то у верхній частині струменя вона буде текти, як рідина. А в нижній - накопичуватися грудками, як тверда речовина. Крім того, можна засунути руку в рідину і різко стиснути пальці. Ви відчуєте, як між пальцями утворилася тверда прошарок. Або ще один експеримент - сунути руку в цей "кисіль" і різко спробувати її витягнути. Велика ймовірність, що ємність підніметься слідом за рукою.
Неньютонівська рідина - слайм
Найперша іграшка-лизун або слайм (slime) була зроблена компанією Mattel в 1976 році. Іграшка-Лизун заслужила популярність завдяки своїм кумедним властивостями - одночасно плинності, еластичності і можливості постійно трансформуватися. Він володіє властивостями неньютоновской рідини, іграшка-лизун швидко стала шалено популярною у дітей і дорослих. Лизуна можна було купити не скрізь, але забавну іграшку скоро навчилися робити в домашніх умовах.
Рецепт - як зробити Лизуна будинку:
Виготовлення Лизуна своїми руками і в домашніх умовах відрізняється від оригінального рецепта. Наприклад, гуарову камедь придбати в магазині не так просто, як інші компоненти. Тому будемо використовувати більш доступні речовини:
1. Клей ПВА. Білий, бажано свіжий клей можна купити в будь-якому канцелярському або будівельному магазині. Клея для Лизуна нам знадобиться приблизно половина звичайного склянки, близько 100 гр.
2. Вода - звичайнісінька вода з-під крана. При бажанні можна взяти кип'ячену, кімнатної температури. Знадобиться трохи більше склянки.
3. Тетраборат натрію, боракс або бура. Може бути придбаний в аптеці, в формі 4% -ного розчину.
4. Харчовий барвник або кілька крапель зеленки. Оригінальний лизун - зелений, і зеленка відмінно підходить на роль підфарбовує речовини.
5. Мірний стакан, посуд і паличка для змішування. Як палички можна взяти олівець, ложку або будь-який інший відповідний предмет.
Переходимо до самого процесу створення Лизуна.
- Розчиняємо столову ложку боракса в склянці води.
- Чверть склянки води і чверть склянки клею перетворюємо в однорідну суміш в іншому посуді. При бажанні туди ж додаємо барвник.
- Перемішуючи клейову суміш, поступово додаємо туди розчин бури, приблизно півсклянки. Заважаємо до отримання желеподібної однорідної маси.
- Перевіряємо результат: загусла субстанція, власне, і є іграшкою Лізунов. Її можна викласти на стіл, пом'яти і перевірити всі її оригінальні властивості.
Неньютонівська рідина - ГОРЯЧИЙ ЛІД
Ацетат натрію або гарячий лід також можна отримати в домашніх умовах. Ця речовина здатна швидко кристалізуватися.
Гарячим льодом це називається тому, що при кристалізації виділяється тепло, а вийшло речовина виглядає як лід.
Слід робити так: змішати 200 мл. оцту 70% концентрації і 210 грам соди, почекати поки все прореагує. Якщо газ виділяється, значить в розчині соди більше, ніж треба. Слід додавати оцет, поки реакція не припиниться. Потім потрібно випарувати всю воду і поставити охолоджуватися.
Щоб гарячий лід вийшов, потрібно перед тим, як залишити розчин охолоджуватися, перевірити, чи немає в ньому не розчинилися кристалів, навіть найменших. Якщо вони є, додайте акуратно по краплях воду, поки кристали не зникнуть. Раджу все перевіряти перед тим, як ставити в холодильник, експеримент дуже складний, у мене теж не вийшло з першого разу зробити гарячий лід.
Неньютонівська рідина - ГОРЯЧИЙ ЛІД
Феромагнітну рідина можна виготовити своїми руками в домашніх умовах. Для цього візьміть масло (підійде моторне, соняшникова та інші), а також тонер для лазерного принтера (субстанція у вигляді порошку). Тепер змішайте обидва інгредієнти до консистенції сметани.
Для того щоб ефект був максимальним, погрійте суміш на водяній бані протягом приблизно півгодини, не забувайте при цьому її помішувати.
Пам'ятайте, що сильним намагнічуванням володіє далеко не кожен тонер, а значить намагайтеся вибирати найбільш якісний.
Феромагнітна рідина (феррофлюід) - це рідина, яка сильно поляризується під впливом магнітного поля. Простіше кажучи, якщо наблизити звичайний магніт до цієї рідини, вона виробляє певні рухи, наприклад, стає схожою на їжачка, встає горбом і т.д.
ЗАСТОСУВАННЯ неньютонівська рідина
Застосування в косметології
При дослідженні неньютоновскіх рідин в першу чергу вивчають їх в'язкість, знання про в'язкості і про те, як її вимірювати і підтримувати, допомагають і в медицині, і в техніці, і в кулінарії, і в виробництві косметики. Косметичні компанії заробляють величезні прибутки на тому, що змогли знайти ідеальний баланс в'язкості, який подобається покупцям.
Щоб косметика трималася на шкірі, її роблять вузький, будь це рідкий тональний крем, блиск для губ, підводка для очей, туш для вій, лосьйони, або лак для нігтів. В'язкість для кожного виробу підбирається індивідуально, залежно від того, для якої мети воно призначене. Блиск для губ, наприклад, повинен бути досить в'язким, щоб довго залишатися на губах, але не дуже в'язким, інакше тим, хто ним користується, буде неприємно відчувати на губах щось липке. У масовому виробництві косметики використовують спеціальні речовини, звані модифікаторами в'язкості. У домашній косметиці для тих же цілей використовують різні масла і віск.
Пляшки з рідким кремом
У гелях для душу в'язкість регулюють для того, щоб вони залишалися на тілі досить довго, щоб змити бруд, але не довше, ніж потрібно, інакше людина відчує себе знову брудним. Зазвичай в'язкість готового косметичного засобу змінюють штучно, додаючи модифікатори в'язкості.
Найбільша в'язкість - у мазей. В'язкість кремів - нижче, а лосьйони - найменш в'язкі. Завдяки цьому лосьйони лягають на шкіру більш тонким шаром, ніж мазі і креми, і діють на шкіру освіжаюче. У порівнянні з більш вузький косметикою, їх приємно використовувати навіть влітку, хоча втирати їх потрібно сильніше і частіше доводиться наносити повторно, так як вони довго не затримуються на шкірі. Креми і мазі довше залишаються на шкірі, ніж лосьйони, і сильніше її зволожують. Їх особливо добре використовувати взимку, коли в повітрі менше вологи. У холодну погоду, коли шкіра сохне і тріскається, дуже допомагають такі засоби як, наприклад, масло для тіла - це щось середнє між маззю і кремом. Мазі набагато довше вбираються і після них шкіра залишається жирної, але вони набагато довше залишаються на тілі. Тому їх часто використовують в медицині.
Від того, чи сподобалася в'язкість косметичного засобу покупцеві, часто залежить, чи вибере він це засіб в майбутньому. Саме тому виробники косметики витрачають багато зусиль на те, щоб отримати оптимальну в'язкість, яка повинна сподобатися більшості покупців. Один і той же виробник часто випускає продукт для одних і тих же цілей, наприклад гель для душу, в різних варіантах і з різною в'язкістю, щоб у покупців був вибір. Під час виробництва строго слідують рецептом, щоб в'язкість відповідала стандартам.
Застосування в кулінарії
Щоб поліпшити оформлення страв, зробити їжу більш апетитною і щоб її було легше є, в кулінарії використовують в'язкі продукти харчування.
Застосування в медицині
У медицині необхідно вміти визначати і контролювати в'язкість крові, так як висока в'язкість сприяє ряду проблем зі здоров'ям. У порівнянні з кров'ю нормальної в'язкості, густа і в'язка кров погано рухається по кровоносних судинах, що обмежує надходження поживних речовин і кисню до органів і тканини, і навіть в мозок. Якщо тканини отримують недостатньо кисню, то вони відмирають, так що кров з високою в'язкістю може пошкодити як тканини, так і внутрішні органи. Руйнуються не тільки частини тіла, яким потрібно найбільше кисню, а й ті, до яких крові довше добиратися, тобто, кінцівки, особливо пальці рук і ніг. При обмороженні, наприклад, кров стає більш в'язкою, несе недостатньо кисню в руки і ноги, особливо в тканину пальців, і в тяжких випадках відбувається відмирання тканини. У такій ситуації пальці, а іноді і частини кінцівок доводиться ампутувати.