Твердая жидкость как называется

А все ли жидкости жидкие?

1. Введение

Жидкость окружает везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь, из воды мы вышли и к воде всегда возвращаемся. Но что же такое жидкость? С научной точки зрения, жидкость это – одно из агрегатных состояний вещества. Как вы себе представляете жидкость? Какими свойствами она должна обладать? В первую очередь, наверное, она должна литься, растекаться и так далее, а уж никак не выдерживать вес человека или занимать вертикальное положение, но не все в нашем мире так просто.

Однажды по телевизору я услышала такое понятие « неньютоновская жидкость». Да, мы на уроках изучаем состояния тел, но то, что представляет из себя неньютоновская жидкость, я не знала даже из курса физики. И мне стало интересно, что же это такое и какими основными свойствами обладает. Это и стало основной целью моей работы. Таким образом, цель работы – определение свойств неньютоновской жидкости и получение их экспериментальным путем.

Актуальность работы. Я считаю, что моя работа очень актуальна. В мире очень много жидкостей, которые нас окружают. И нам важно знать все виды этих жидкостей, в том числе и неньютоновская жидкость. Может, за ней будущее?

Задачи:

Методы исследования:

Объект исследования: различные жидкости в природе и их свойства, в том числе неньютоновская жидкость.

Предмет исследования: определение основных свойств жидкости экспериментальным путём.

Гипотеза: я предполагаю, что неньютоновская жидкость – это смесь, которая обладает свойствами жидкостей, а также некоторыми «особыми» свойствами.

2. Основная часть

2.1. Жидкость и её свойства

Жидкость – одно из состояний вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Основным свойством жидкости является то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия. Идеальные – невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью, а объёме под воздействием внешних сил.

Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится. Жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.

Вязкостью обладают все жидкости (кроме сверхтекучей фракции жидкого гелия), и у всех она разная. Сжиженные газы очень текучи, жидкости при комнатной температуре тоже не слишком вязкие. Наибольшей же вязкостью обладают сложные жидкие системы: гели, эмульсии или суспензии, в том числе, жидкости с крайне высокой вязкостью – стёкла и аморфные твердые тела. 2

2.2. Ньютоновские и Неньютоновские жидкости.

Ньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой ее вязкость зависит от градиента скорости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. Исаак Ньютон – английский ученый, один из создателей новоевропейской науки. Он открыл закон вязкого трения, который устанавливает наличие линейной зависимости. Он также сформулировал основные законы классической механики (законы Ньютона), открыл закон всемирного тяготения. Что же такое неньютоновская жидкость?

Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности. Если на них воздействовать резко, сильно, быстро – они проявляют свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью. 3 К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др.

Зыбучий песок, так же как и разные виды так называемых неньютоновских жидкостей, обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных жидкостей. Неньютоновские жидкости состоят из мелких частиц, распределенных в жидкости, причем внешне могут напоминать твердые субстанции или гель. В Английском языке, впрочем, такие жидкости принято обозначать как “fluids”, тогда как обыкновенные жидкие вещества названы привычным словом “liquids”. 4

2.3. Исследование знаний учащихся по данной теме

Учащимся 7-9 классов была предложена анкета по исследуемой теме.

Знаете ли вы что такое жидкость?
____________________________________________________

2. может ли жидкость становится твердой? если да, то почему.

3.Слышали вы о таком понятии, как « Неньютоновская жидкость»?

4.Что может являться простейшим наглядным бытовым примером неньютоновской жидкости?

Мы получили следующие результаты.

7 класс

8 класс

9 класс

1.Знаете ли вы что такое жидкость?

2 может ли жидкость становится твердой?

Да – 6
Нет – 0
Не знаю – 8

Да – 3
Нет – 0
Не знаю – 5

Да – 3
Нет – 0
Не знаю – 6

3. Слышали вы о таком понятии, как « Неньютоновская жидкость»?

4. Что может являться простейшим наглядным бытовым примером неньютоновской жидкости?

Правильно – 1
Неправильно – 0
Не ответили – 13

Правильно – 1
Неправильно – 0
Не ответили – 7

Правильно – 1
Неправильно – 0
Не ответили – 8

На первый вопрос, знаете ли вы, что такое жидкости, мы получили следующие результаты:

Таким образом, все тестируемые знают, что такое жидкость, и встречаются с жидкостями в жизни.

На второй вопрос, может ли жидкость становится твёрдой, мы получили следующее:

Таким образом, мы видим, что большая часть тестируемых не знают о неньютоновской жидкости и не слышали о таком свойстве жидкости, как твёрдость.

На 3 вопрос, слышали ли вы о таком понятии, как неньютоновская жидкость, были получены результаты:

Больше половины учащихся не слышали о таком понятии, и не знают что это такое.

На 4 вопрос, что является простейшим бытовым примером неньютоновской жидкости, получили следующие результаты:

Таким образом, ровно 3 человека смогли привести примеры неньютоновской жидкости из жизни, остальные учащиеся, участвующие в опросе, не ответили ничего.

Можно сделать вывод, что учащиеся 7-9 классов знают, что такое жидкость, но ни разу не слышали о том, что жидкость может быть твёрдой. Поэтому мы решили экспериментальным путём определить основные свойства неньютоновской жидкости.

2.4. Практическая часть. Изготовление неньютоновской жидкости

Приготовление жидкости в домашних условиях:

1. Приготовьте крахмал и воду.

Берем 1 стакан воды и 2, 5 стакана крахмала.

2. Вливая воду в крахмал, медленно размешиваем массу (быстро мешать будет трудно).

3. По желанию можно добавит любой краситель. Это придаст жидкости красивый цвет.

4. Жидкость готова. Будем приступать к проведению экспериментов.

2.4. Исследование свойств ньютоновской и неньютоновской жидкости

Эксперимент №1. Определение плотности жидкости

Расчет по формуле которую известна из курса физики ρ = m/V

Неньютоновская жидкость

ρ, например, обычной воды известна из курса физики 7 класса и равна 1000 кг/м3

V измерила мерным стаканчиком = 25мл (25*10″-6″ м³)

m измерила при помощи механических весов. Масса жидкости в стакане 80 г, а масса стакана – 50. Масса смеси, без учёта массы стакана = 30 гр. (30*10″-3″ кг)

Подставила значение в формулу и получила, что ρ = 1200 кг/м³

Вывод. Таким образом, мы видим, что при расчётах и вычислениях плотности плотность неньютоновской жидкости больше, чем, например, плотность обычной воды. Это обуславливается тем, что плотность неньютоновской жидкости в нашем случае состоит из плотности крахмала и плотности воды.

Эксперимент №2. Определение скорости течения жидкости

Вычисления будем проводить по известной нам формуле

Ньютоновская жидкость

Неньютоновская жидкость.

От определённой точке на листе бумаги, мы налили немного воды. И за 18 секунд проверили, на какое расстояние наша вода растеклась.

Произвели вычисления и получили следующее:

За 15 секунд вода растеклась на расстоянии 16 см (0,16 м).

Мы произвели вычисления и получили, что скорость течения воды в данном случае равна 0,009 м/с

С неньютоновской жидкостью мы провели аналогичный эксперимент, как с водой. От определённой точки на листе бумаги мы налили неньютоновской жидкости и определили расстояние, на которое наша жидкость растеклась. Мы так же, как и в предыдущем случае, засекли 18 секунд и заметили, что неньютоновская жидкость растеклась на 10 см. (0,1 м).

При вычислении мы получили, что скорость течения неньютоновской жидкости равна 0,006 м/с

Вывод: После проведения данного эксперимента мы можем сделать вывод, что неньютоновская жидкость растекается медленнее, чем обычная вода, а всё из-за того, что проявляются свойства неньютоновской жидкости: при выливании жидкости она становится очень твёрдой и почти не растекается по листу бумаги.

Эксперимент №3. Определение давления жидкости

Вычисления проводятся по формуле определения давления жидкости.

Ньютоновская жидкость

Неньютоновская жидкость.

Эксперимент №4. Определение поведения жидкости при нагревании

В данном эксперименте у нас получилось 2 случая.

1 Случай. В данном эксперименте мы нагреем обычную, немного подкрашенную воду и неньютоновскую жидкость на газовой плите. Посмотрим в чём их схожесть и в чём их различие.

Ньютоновская жидкость

Неньютоновская жидкость

Мы используем обычную воду. Спустя некоторое время наша вода закипает и начинает испаряться.

При сильном нагревании на плите неньютоновская жидкость затвердевает, то есть из неё улетучивается вода, а на поверхности остаётся первоначальное состояние крахмала. Но если перевернуть получившуюся массу со дна на поверхность, мы заметим, что слой, который был на дне, превратился в клейстер, то есть стал очень липким и вязким. Это проявление одного из основных свойств неньютоновской жидкости.

2 Случай. В данном эксперименте мы нагреем обычную, немного подкрашенную воду и неньютоновскую жидкость на спиртовке. Посмотрим, в чём их схожесть и в чём их различие.

Ньютоновская жидкость

Неньютоновская жидкость

Мы используем обычную воду. Спустя некоторое время наша вода, как и предыдущем случае, закипает и начинает испарятся, а цвет воды в данном случае становится светлее.

В неньютоновской жидкости первоначально на дно осела краска, которую мы добавляли при изготовлении. Затем, спустя промежуток времени, из данной жидкости началась выделяться вода, а крахмал оказался на поверхности. Спустя еще некоторый промежуток времени, мы заметили, что данная жидкость начала желтеть и немного похрустывать. Когда мы убрали пробирку со спиртовки, мы заметили, что на осевшей желтоватой жидкости появились небольшие кристаллики, похожие на кристаллики льда. Таким образом, у нас образовался горячий лёд.

Таким образом, вода в обоих случаях закипает и со временем превращается в пар, а вот неньютоновская жидкость в первом случае проявляет свои клейкие и вязкие особенности, а во втором случае превращается в горячий лёд.

3. Заключение

Неньютоновская жидкость – это такая жидкость, которая в некоторых моментах ведет себя как жидкость, а в некоторых – как твердое тело. Если мы воздействуем на эту жидкость с силой, то оно становится твердым. Проще говоря, это такое вещество, которое может быть и твердым, и жидким, в зависимости от того, с какой скоростью мы с ним работаем. Если быстро толкаем, мнем, кидаем, стучим, то оно ведет себя как твердое тело, а если останавливаемся, то в наших руках оно растекается в лужицу.

При выполнении своей исследовательской работы цели и задачи, поставленные мною вначале, были достигнуты. Я узнала, что представляет собой неньютоновская жидкость, какими свойствами она обладает, смогла рассчитать некоторые из свойств жидкости: плотность и поверхностное натяжение. Таким образом, первичная гипотеза подтвердилась.

Более подробно с неньютоновскими жидкостями можно познакомиться на уроках физике, а также факультативных и кружковых занятиях.

2 Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости.- М.: Мир, 1964.

3 Энциклопедический словарь юного физика / Сост.В.А.Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991.

4 Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.- М.: Наука, 1979.

Источник

Твердая жидкость как называется

Неньютоновская жидкость. Что это?

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Жидкость окружает нас повсюду. Люди состоят в основном из воды. Мы сталкиваемся с использованием жидкости всегда и везде: пьём, умываемся, купаемся… Как мы представляем себе жидкость? Какими свойствами должна она обладать? Наверное, должна литься, растекаться, принимать форму того сосуда, в который её залили. Казалось, мы знаем о жидкости всё. Но, как оказалось, не всё мы знаем о ней. Ни все жидкости такие, какими мы привыкли их видеть. Однажды я увидел в интернете видеофильм о том, как проводят опыты с необычной жидкостью. Что это? Почему она не похожа на воду, молоко, бензин? Мне это показалось увлекательным и восхитительным! Так как фильм был коротким, из него я узнал совсем мало. Поэтому решил поподробнее узнать, что это за жидкость, и из чего ее изготавливают.

Цель исследования: узнать, что такое неньютоновская жидкость, какими необычными свойствами она обладает, и где ее применяют.

1)изучить литературу по теме исследования;

2)узнать области применения;

2)создать неньютоновскую жидкость;

3)провести эксперименты, демонстрирующие свойства неньютоновской жидкости в домашних условиях;

Объект исследования: неньютоновская жидкость.

Предмет исследования: свойства неньютоновской жидкости.

Гипотеза: предположим, что данная жидкость по своим свойствам отличается от привычного нам понятия жидкости.

1.1 Что такое неньютоновская жидкость?

Жидкость в окружающем нас мире встречается повсеместно. Свойства жидкостей знакомы каждому, и любой человек, взаимодействующий с ними в той или иной степени, может предугадать, как поведет себя какая-либо жидкость в конкретной ситуации. Жидкости, свойства которых мы привыкли наблюдать в ежедневном использовании, подчиняются закону Ньютона, называются ньютоновскими. Ньютоновская жидкость названа в честь Исаака Ньютона, который открыл закон вязкого трения для жидкостей.

Области применения неньютоновских жидкостей.

Неньютоновские жидкости с каждым годом все больше завоевывают наш мир. Ученым нравится этот материал, и они с завидным постоянством радуют нас новыми интересными идеями применения неньютоновских жидкостей.

Рассмотрим несколько вариантов использования и применения неньютоновских жидкости в мире в настоящее время:

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. (Приложение 3)

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. Обладающая 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. (Приложение 4)

В автомобильной промышленности:

Неньютоновские жидкости используются в автомобильной промышленности: моторные масла синтетического производства на основе неньютоновской жидкости обладают отчетливо выраженными преимуществами, в частности они создают защитную пленку смазочного материала, которая никогда не стекает с рабочих поверхностей двигателя. Мы развели неньютоновскую жидкость в таз, и нам удалось побегать на неньютоновской жидкости. (Приложение 5)

2.1 Изготовление неньютоновской жидкости.

Мы сами легко можем сделать вариант неньютоновской жидкости, которая называется «ооблек» («oobleck ) Рецепт ее прост.

Приготовление крахмального раствора

Цель: получить неньютоновскую жидкость.

Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный) и вода. В глубокую миску высыпали крахмал и добавили воду. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания получили нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. (Приложение 6)

Нечто необычное мы заметили, как только стали смешивать крахмал и воду. По виду это был кисель или тесто для блинов. Но размешать её было непросто. Казалось, что не сможем растворить крахмал. Оказывается, он и не растворится. Поэтому у нашей жидкости свойства интересные.

Попробуем изучить свойства жидкости.

Проведём несколько опытов и посмотрим, как неньютоновская жидкость будет себя вести при различном воздействии на неё.

Я опустил руку в жидкую массу и резко попробовал сжать пальцы внутри нее. Также можно резко попробовать вытащить руку из нее. Главное все это делать быстро. В ходе проведения опыта можно заметить, что при резком воздействии на неньютоновскую жидкость она моментально крепчает. (Приложение 7)

Вывод: таким образом, резко сжать внутри нее пальцы не получится, и резко вынуть руку тоже, несмотря на то, что при медленном погружении в нее руки мы чувствовали обыкновенную жидкость.

При медленном погружении сжатого кулака в неньютоновскую жидкость, она проявляет свойства обычной жидкости и не оказывает сопротивления. Но если по ней резко ударить, то она мгновенно превратится в более плотное вещество, и, пробить ее не получится. (Приложение 8)

Вывод: при быстром и резком взаимодействии она становится похожей на твердое тело, а при медленном воздействии становится жидкостью.

Мы попробовали скатать из данной жидкости шарик. Надо быстро потереть её в ладонях. Из-за трения образовывался небольшой твёрдый шарик, (Приложение 9) но когда прекращаешь воздействовать на нее, шарик моментально растекается в руках. (Приложение 10)

Вывод: при воздействии на жидкость, она твердеет, при прекращении воздействия – растекается.

Мы попробовали перелить жидкость из одного сосуда в другой.

При переливании неньютоновской жидкости из одного сосуда в другой, мы увидели, что она вновь проявляет как свойства твердого вещества, так и жидкого. При вытекании жидкости из одного сосуда, как и в момент своего падения, она остается жидкой, но при взаимодействии с поверхностью другого сосуда, или любой другой твердой поверхностью она на секунды столкновения становится твердой, и вновь растекается.

Вывод: при падении жидкость проявляет свойства жидких тел, пр соприкосновении с твёрдой поверхностью – твёрдых тел.

Взяли яйцо, положили его в пакет с водой, бросили с высоты данный пакет в ведро. Яйцо при ударе разбилось. Взяли другое яйцо и положили его в пакет с неньютоновской жидкостью. Точно так же бросили с высоты в ведро, но яйцо не разбилось. (Приложение 11)

Вывод: при ударе о ведро жидкость повела себя как твердое тело.

Мы пробовали забить гвоздь в брусок в сосуде с водой. Это нам не удалось, так как вода разбрызгивалась, брусок тонул и снова всплывал. Зато в брусок, который находился в неньютоновской жидкости, мы легко забили гвоздь. Так как жидкость принимала свойства твердого тела.

Вывод: при воздействии на жидкость, она принимает свойства твёрдого тела.

Приготовив большое количество жидкости, я попробовал по ней побегать. Интересно, что пока я перебирал ногами, оставался на поверхности. Как только останавливался, погружался в жидкость.

Вывод: жидкость твёрдая, пока на неё воздействует сила.

Неньютоновские же жидкости ведут себя по-другому, то, как она будет себя вести, зависит от характера воздействия на неё.

В ходе исследования мы провели опыты, показывающие занимательные свойства жидкости. Мы показали, что частицы крахмала набухают в воде и формируются контакты в виде хаотически сплетенных молекул. Эти прочные связи называются зацеплениями. При резком воздействии прочные связи не дают молекулам сдвинуться с места, и система реагирует на внешнее воздействие, как упругая пружина. При медленном воздействии зацепления успевают растянуться и распутаться. Сетка рвется и молекулы расходятся.

В своей работе мы показали маленькую часть того, что известно о неньютоновской жидкости.

Мы узнали, насколько распространены такие жидкости. Оказывается, область применения их обширна и мы думаем, что они найдут ещё большее применение.

Выдвинутая гипотеза о свойствах неньютоновской жидкости доказана с помощью проведенных нами опытов. Неньютоновская жидкость принимает свойства жидкого и твёрдого тела, чего не может сделать ньютоновская жидкость.

Неньютоновская жидкость – это пример того, что вокруг нас много удивительных вещей. Изучая данную жидкость и проделывая с ней различные опыты, мы получили массу впечатлений и новых открытий.

3.Энциклопедический словарь юного физика / Сост.В.А.Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991. – 336с.

Источник