Исследовательская работа на тему "Неньютоновская жидкость"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ

ДЕПАРТАМЕНТ ПО СОЦИАЛЬНОЙ ПОЛИТЕКЕ АДМИНИСТРАЦИИ

Г.О. САРАНСК

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ Г.О. САРАНСК

МУ «ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР»

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №9»

XVI конкурс учебно-исследовательских и проектных работ учащихся

«Школьники города - науке XXI века»

«Неньютоновская жидкость»

             ВЫПОЛНИЛ:

  ученик 9 «А» класса,

                     Иванов Михаил

                     Александрович,

                     МОУ «СОШ №9»

РУКОВОДИТЕЛЬ:  

                   Трофимова     Анна

                     Александровна,

                    учитель физики

г.о. Саранск 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 3

Глава 1. Вязкость жидкости.Аномальность неньютоновской жидкости. 4

Глава 2. Опыты с неньютоновской жидкостью.. 8

Глава 3. Методы определение вязкости жидкости. 10

Глава 4. Экспериментальное определение вязкости жидкости. 12

Эксперимент 1. Определение коэффициента вязкости жидкости  методом Стокса. 12

Эксперимент 2. Определение коэффициента вязкости методом  Пуазейля. 15

Глава 5. Примеры неньютоновских жидкостей и их использование в практике. 16

Заключение. 20

    Приложения……. …..22

Список используемой литературы.. 26

Введение

Актуальность работы.

Вот как вы себе представляете жидкость, и какими свойствами она должна обладать? В первую очередь она должна литься, растекаться, но никак не выдерживать вес человека или занимать вертикальное положение. Но не все в нашем мире так просто, есть особые жидкости, которые ведут себя немного странно – это неньютоновские жидкости.

Кровь находится в постоянном движении. По мере увеличения скорости кровотока вязкость крови снижается, а при замедлении - увеличивается. Значение вязкости жидкости играет важную роль. Предположим, что наша кровь слишком густая. Следовательно, может возникнуть тромб и вызвать сердечный приступ или инсульт. Если кровь слишком жидкая, может начаться кровотечение. Врачи должны знать о вязкости крови при выполнении операций. Кровь - это неньютоновская жидкость.

Все это и натолкнуло меня на поиск ответа на такие вопросы, как: от чего зависит вязкость жидкости? какими свойствами обладает неньютоновская жидкость? каково применение неньютоновских жидкостей в повседневной жизни?

Изучая литературу, я выяснил, что неньютоновские жидкости по своим свойствам являются аномальными. Актуальность моего исследования вызвана именно желанием выяснить, в чем же состоит аномальность неньютоновской жидкости, проверить свойства  жидкости на опыте.

Цель работы: выявить  свойства исследуемой жидкости.

Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:

1.Расширение знаний о физической природе вязкости жидкости;

2. Практическое изучение свойств неньютоновской жидкости;

3. Освоение экспериментальных методов определения коэффициента внутреннего трения;

4. Выявление практической значимости свойств неньютоновской жидкости.

Методы исследования: анализ литературы, просмотр видеороликов; обобщение и обработка данных, наблюдение и опыт, анализ экспериментальных результатов.

Объект исследования – свойства  аномальной жидкости.

Предметы исследования: неньютоновская жидкость

Гипотеза: если мы сможем определить, от чего зависит вязкость жидкости, то это позволит объяснить аномальные свойства неньютоновской жидкости (суспензии, эмульсии, растворы некоторых полимеров, течения грязи, нефти, крови и др.).

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

 

 

Глава 1  Вязкость жидкости. Аномальность неньютоновской жидкости.

Жидкость - агрегатное состояние вещества, обладающие способностью неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Это свойство называется текучестью.

 Если в движущейся жидкости её вязкость зависит только от её природы и температуры и не зависит от градиента скорости, то такие жидкости называют ньютоновскими. К ним относятся однородные жидкости. Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от градиента скорости. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Неньютоновская жидкость (названа так в честь Исаака Ньютона) – это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своем течении закону вязкого трения Ньютона, то есть её вязкость зависит от градиента скорости.  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.

К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло.

Неньютоновские жидкости состоят из мелких частиц, распределенных в жидкости, причем, внешне могут напоминать твердые субстанции или гель. Так, например, зыбучий песок, как и разные виды, так называемых неньютоновских жидкостей, обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных жидкостей. 

С трением знакомы практически все. Трение между твердым телом и жидкостью или газом называется жидким, или вязким трением.  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.

Δ х=2<λ>

и2

M

х

y

z

и1

L

Выберем площадку ΔS, с которой соприкасаются два соседних слоя жидкости L и M. Обозначим и₁ и и₂  скорости слоев на расстояниях λ от площадки ∆S (где 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, то есть

N₀ =n₀(υ)∆SΔ ,где υ – средняя скорость теплового движения молекул. 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, а именно:

n₀(υ)m∆u∆S = - Fили               n₀(υ)m2(λ) ∆S = - F

Закон внутреннего трения был установлен И. Ньютоном 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, или ньютоновская вязкость. 

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

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

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

Такое идеализированное вязкое поведение механически и термодинамически необратимо, т.е. после прекращения воздействия напряжения сдвига исходная форма тела не восстанавливается.

 Вязкость  системы линейно возрастает с увеличением напряжения. 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 напряжение.

 К вязкопластичным жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту и т.д.

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. 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.

Глава 2  Опыты с неньютоновской жидкостью

Для получения неньютоновской жидкости, в домашних условиях, можно смешать воду и крахмал (в соотношении 1:1).

При быстром воздействии жидкость поведет себя как твердое тело, при медленном - проявляет все обычные для жидкости свойства. Быстрыми движениями попробуем скатать «колбаску» или шарик. При этом воздействовать на нее становиться сложнее. При прекращении воздействия жидкость утекает сквозь пальцы.

Рука легко входит в жидкость при медленном движении: опускаем в жидкость большой и указательный пальцы. При быстром сжатии между пальцами руки образуется твердый комочек. Это не крахмал застыл, а неньютоновская жидкость проявляет свои свойства. Чтобы жидкость оставалась твердой, на нее непрерывно надо воздействовать, месить. Переливая крахмал из одной чашки в другую, поднимая выше, можно увидеть, что сверху жидкость текучая, а к низу она затвердевает. Объясняется данное поведение жидкости тем, что частицы крахмала набухают в воде, между ними формируется физические контакты в виде хаотически сплетенной группы 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» рвётся, молекулы равномерно расходятся. Человек может совершенно спокойно пробежаться по поверхности бассейна, наполненного неньютоновской жидкостью, она просто затвердевает под ногами бегущего (υ=150 км/ч). Стоит на мгновение остановиться, как он сразу начнет тонуть. Интересные эффекты можно получить, поместив емкость с такой необыкновенной жидкостью на акустический динамик. Жидкость начинает «танцевать».

Данные опыты можно посмотреть на видеофрагментах, которые прилагаются к работе на дисковом носителе.

              

Глава 3  Методы определение вязкости жидкости

Для определения коэффициента внутреннего трения жидкости или газа применяется два метода: метод Стокса и метод Пуазейля.

Метод Стокса основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. При погружении шарика в вязкую покоящуюся жидкость, в ней возникает движение слоев жидкости относительно друг друга c разными скоростями.

Физическое обоснование эксперимента:

На твердый шарик, падающий в вязкую жидкость, действуют три силы: сила тяжести - Р, подъемная - F_A (сила Архимеда), и сила сопротивления движению - F_C , обусловленная силами внутреннего трения жидкости.

При этом все три силы  действуют по вертикали: сила тяжести - вниз, подъемная сила и сила сопротивления - вверх.

 

                              Рис 6.

1) Сила тяжести: π,   где r - радиус шарика. а ρ_ш - плотность вещества, из которого сделан шарик.

2) Выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме шарика:

 π,   где  ρ_ж – плотность жидкости.

3) На движущийся в жидкости шарик действует сила трения, тормозящая его движение. Её численное значение находится по формуле Стокса: F=6πηrυ, где r - радиус шарика, η - коэффициент внутреннего трения, υ - скорость движения шарика. Формула Стокса справедлива только для маленьких шариков, движущихся с небольшой скоростью.

При движении шарика сила трения возрастает по мере увеличения скорости и наступает такой момент, что направленные вверх сила трения и выталкивающая сила уравновесят направленную вниз силу тяжести. Если учесть, что объем шара V=4πr³/3, получим выражение: Р = F_c + F_арх

 π= π +6πηrυ

После этого движение шарика станет равномерным, и скорость υ можно найти, разделив путь l, пройденный шариком, на время t его равномерного движения. Скорость равномерного движения шарика может быть определена уравнением: υ =Vg(ρ – ρ₁)/6πηr. Чем ближе плотность шарика к плотности жидкости, тем меньше скорость равномерного движения шарика и тем точнее она может быть измерена.

     Метод Пуазейля основан на ламинарном течении жидкости в тонком капилляре.

Определение коэффициента вязкости жидкости методом  Пуазейля.

     Измерение и расчет коэффициента вяз­кости жидкостей можно произвести на основе формулы Пуазейля:    

Перепад давления определяется давлением столба жидкости в трубке, по которой идет ее перетекание: .

где р_ж - плотность жидкости, g - ускоре­ние свободного падения, l - длина труб­ки.

Зная время перетекания определенно­го количества жидкости через трубку из­вестной длины и диаметра, можно рас­считать коэффициент вязкости исследуе­мой жидкости. Полу­чаем:  ,  где V - объем жидкости, перетекшей из одного сосуда в другой за время t; d - диаметр той трубки, по которой в насто­ящий момент перетекает жидкость.

Глава 4  Экспериментальное определение вязкости жидкости

Эксперимент 1: Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

Эксперимент №1.1

Оборудование: Стеклянный цилиндрический сосуд с нанесенными на нем двумя горизонтальными метками, исследуемая  жидкость: вода, температура которой  10˚С, а плотность ρ=1000 кг/м³, штангенциркуль, секундомер, шарики из пластмассы, пластилина и стали, пинцет, линейка, термометр.

Порядок выполнения работы:

1. Измерим диаметр шарика штангенциркулем.

2. Измерим расстояние l между метками на стеклянном цилиндре линейкой (верхняя метка должна располагаться ниже уровня жидкости не менее чем на 5 см).

3. Измерим время t падения шарика между метками с помощью секундомера.

4. Измерим температуру жидкости термометром.

5. Найдем по таблице плотность исследуемой жидкости и плотность шарика, или для определения плотности жидкости применим измерительный цилиндр и весы.

6. Вычислим коэффициент внутреннего трения  жидкости по формуле:  .

7. Сравним полученное значение η с табличным. 

Результат эксперимента (Приложение 1)

Среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков: η_ср = 0,52 Па·с

Среднее значение коэффициента вязкости для пластилиновых шариков: η_ср = 0,77 Па·с

Измерение скорости равномерного движения с достаточно большой точностью является главной проблемой в этом методе.

Вывод. Плотность вещества, из которого сделан шарик, влияет на результат определения коэффициента внутреннего трения: чем плотность больше шарика, тем полученное значение коэффициента внутреннего трения жидкости больше. 

Эксперимент №1.2

Оборудование: исследуемая жидкость: вода, температура которой  40˚С, а плотность ρ=1000 кг/м³; цилиндрический сосуд,  высота уровня воды в сосуде - 50·10^{-2 м; шарики (пластмассовый, пластилиновый); термометр.}

Результат эксперимента (Приложение 2)

Среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков: η_ср = 0,31 Па·с

 Среднее значение коэффициента вязкости для пластилиновых шариков: η_ср = 0,325 Па·с

Вывод: в результате проделанного опыта я выяснил, что коэффициент вязкости горячей воды меньше коэффициента вязкости холодной воды. Следовательно, коэффициент вязкости воды сильно зависит от температуры. Это связано с различиями в характере движения молекул. При понижении температуры вязкость некоторых жидкостей настолько возрастает, что они теряют способность течь.

Эксперимент №1.3.

 Оборудование: исследуемая жидкость: вода солёная (концентрация n = 60 г/л), температура 10˚С, плотность ρ=1030 кг/м³; цилиндрический сосуд,  высота уровня воды в сосуде - 50·10^{-2 м; шарики (пластмассовый, пластилиновый); термометр.}

Результат эксперимента (Приложение 3)

Среднее значение коэффициента вязкости ля пластмассовых шариков: η_ср = 0,393 Па·с

Среднее значение коэффициента вязкости для пластилиновых шариков: η_ср = 0,395 Па·с

Вывод: соль влияет на величину коэффициента внутреннего трения. В соленой воде коэффициент вязкости меньше, чем в простой  воде (при той же температуре).

Эксперимент №1.4.

Оборудование: исследуемая жидкость: раствор крахмала, температура 20˚С, цилиндрический сосуд, высота уровня жидкости в сосуде 30 см; шарики (пластмассовый, пластилиновый, стальной); термометр.

Путем измерений и вычислений объема и массы определили плотность  ρ_ж=1166 кг/м³.

Результат эксперимента (Приложение 4)

Среднее значение коэффициента вязкости для пластилиновых шариков: η_ср = 6,6 Па·с

Среднее значение коэффициента вязкости для пластмассовых шариков: η_ср = 7,65 Па·с

Среднее значение коэффициента вязкости для стальных шариков: η_ср = 1,98 Па·с

Вывод: Таким образом, вязкость неньютоновской жидкости (раствора крахмала) имеет различные значения и зависит от рода вещества шарика. С увеличением плотности шарика, коэффициент вязкость уменьшается.

Эксперимент 2  Определение коэффициента вязкости жидкости методом

Пуазейля.

Эксперимент № 2.1

Оборудование: исследуемая  жидкость, две медицинские бутылки для внутри­венных вливаний,  штангенциркуль, секундомер, линейка, резино­вые пробки, две стеклянные трубки  одинакового диаметра.

Порядок выполнения работы:

1. Измерим диаметр трубки штангенциркулем.

2. Измерим длину трубки l линейкой.

3. Измерим время t перетекания определенно­го количества жидкости через трубку из­вестной длины и диаметра с помощью секундомера.

4. Определим объем V исследуемой жидкости по шкале, нанесённой на сосуде.

5.  Вычислим коэффициент внутреннего трения  жидкости по формуле: .

7. Сравним полученное значение η с табличным.

Значение расчетного коэффициента вязкости исследуемых жидкостей в приложении 6.

Выводы:

1.                 В результате проведенных опытов я выяснил, что коэффициент внутреннего трения зависит от свойств среды (температуры, плотности), размеров и плотности тела, движущемся в жидкости.

2.                 С увеличением температуры коэффициент внутреннего трения неньютоновской и ньютоноской жидкостей изменяется. Это связано с характером движения молекул в жидкости.

3.                 С увеличением плотности шарика коэффициент внутреннего трения ньютоновской жидкости увеличивается, а коэффициент неньютоновской жидкости уменьшается.

В результате опытов было установлено, что свойства неньютоновской жидкости отличаются от свойств ньютоновской жидкости

Глава 5 Примеры неньютоновских жидкостей и их использование

Зыбучие пески - известный с давних пор пример неньютоновских жидкостей.  Зыбучие пески опасны тем, что они могут засасывать в себя все, что в них попадает. Стань на такой песок - и начнешь тонуть в нем, но если  же быстро ударить по зыбучему песку, то он сразу же затвердеет.

Неньютоновская жидкость - СЛАЙМ

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. Обладающей свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро стала безумно популярной. Лизуна можно было купить не везде, но забавную игрушку научились делать в домашних условиях.

Изготовление лизуна своими руками и в домашних условиях отличается от оригинального рецепта. Для этого следует воспользоваться следующим материалом:

1. Клей ПВА. Белый, около 100 гр.

2. Вода - самая обычная вода из-под крана. 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.

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.

Неньютоновская жидкость - ГОРЯЧИЙ ЛЕД.

 Горячим льдом это называется потому, что при кристаллизации выделяется тепло, а получившееся вещество выглядит как лед.

Для такого опыта следует делать так: смешать  200 мл. уксуса 70% концентрации и 210 грамм соды, подождать пока все прореагирует. Если газ выделяется, значит в растворе соды больше, чем надо. Следует добавлять уксус, пока реакция не прекратится. Затем нужно выпарить всю воду и поставить охлаждаться.

Чтобы горячий лед получился, нужно перед тем, как оставить раствор охлаждаться, проверить, нет ли в нем не растворившихся кристаллов, даже самых маленьких. Если они есть, добавьте аккуратно по каплям воду, пока кристаллы не исчезнут.

Каково же применение неньютоновских жидкостей на практике и в чем заключается отличие от ньютоновских жидкостей.

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. Наибольшая вязкость - у мазей. Вязкость кремов - ниже, а лосьоны - наименее вязкие.

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.

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. Их также используют для того, чтобы удерживать слои продуктов на месте. В бутерброде для этих целей используют масло, маргарин, или майонез.

Вязкие продукты с их способностью удерживать форму используют также для украшения блюд. Например, йогурт или майонез на фотографии не только остаются в той форме, которую им придали, но и поддерживают украшения, которые на них положили.

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.

Применение в качестве смазочного материала.

Неньютоновские жидкости при использовании их в качестве смазочного материала обладают отчетливо выраженными преимуществами, в частности они создают защитную пленку смазочного материала, которая никогда не стекает с рабочих поверхностей двигателя. Так, например, моторные масла синтетического производства на основе неньютоновских жидкостей уменьшают свою вязкость в несколько десятков раз, пи повышении оборотов двигателя, позволяя при этом уменьшить трение в двигатели.

В США на основе данных жидкостей, министерство обороны начало выпуск бронежилетов для военных. Данные бронежилеты по своим характеристикам даже лучше обычных, так как легче по весу и проще в изготовлении.

Примеры использования свойств неньютоновской жидкости:                                           

·                   Снаряжение для зимних видов спорта.

·                   Молекулярная броня d3o.

·                    Компания Sells Goalkeeper Products выпускает перчатки для футбольных вратарей.

·                   Чехлы для iPhone.

·                   Защитное снаряжение SixSixOne для мото-спорта.

·                   «Жидкая» броня.

·                   «Умный пластилин».

                 

Заключение

Проанализировав все полученные и обработанные результаты, можно сделать некоторые выводы:

1.                 Вязкость - измерение внутреннего трения жидкости. Это трение возникает между слоями жидкости при ее движении. Чем больше трение, тем больше силы необходимо приложить, чтобы вызвать движение. Для сдвига жидкостей с высокой вязкостью необходимо приложить больше силы, чем для маловязких материалов.

2.                 В результате проведенных опытов я выяснил, что коэффициент внутреннего трения зависит от свойств среды (температуры, плотности), размеров и плотности движущегося тела (приложения 6 - 9).

3.                 В результате опытов было установлено, что свойства неньютоновской жидкости отличаются от свойств нормальной жидкости.

4.                 Измерить вязкость можно двумя доступными методами: Методом Стокса и Методом Пуазейля. Наиболее точные результаты коэффициента вязкости получились Методом Пуазейля.

5.                 Знания о вязкости жидкости имеют важную роль для человека. Например, знания о вязкости крови. Врачи должны знать о вязкости нашей крови при выполнении операций.

6.      При конструировании химического завода разрабатывается система распределения воды по системе водоснабжения. Например, учитывая средний спрос на воду для поселка, мы должны знать вязкость воды, каким будет водный поток? Каково давление в трубах?

7.   Решение проблемы разработки месторождений нефти с неньютоновскими свойствами во многом связано с использованием физико-химических и особенно тепловых методов разработки.

8.      Зная свойства неньютоновских жидкостей, можно разрабатывать новые материалы для изготовления спортивных снаряжений, что позволит достигать новых рекордов, сохраняя здоровье спортсменам, военным и т.д.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости можно встретить повсюду, их практическое применение обширно. Проанализировав данные жидкости, можно выявить основные свойства данных жидкостей, которые представлены в данной таблице.

№	Свойства	Ньютоновские жидкости	Неньютоновские  жидкости
1	Текучесть	Да	Да
2	Вязкость	Незначительная	Значительная
3	Смачивание	Значительное	Незначительное
4	Испарение	Да	Да
5	Смешиваемость	Отличная	Затруднена
6	Однородность по составу	Однородны	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

Таким образом, можно сделать вывод: вязкость жидкости изменяется   в  процессе механического воздействия.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Таблица 1. Определение коэффициента вязкости холодной воды (t=10˚C)

№	rш, 10-3 м	l, 10-2 м	t, c	Материал Шарика	Плотность шарика, кг/м3	ηэ, мПа·с
1	2	33	11,02	Пластмасса	1350	0,51
2	3	13	6,33	Пластилин	1400	0,81
3	4,5	11	1,4	Сталь	7800	3,8

Таблица 2. Определение коэффициента вязкости горячей воды (t=40˚C)

№	rш, 10-3 м	l, 10-2 м	t, c	Материал Шарика	Плотность шарика, кг/м3	ηэ, мПа·с
1	2	30	5,28	Пластмасса	1350	0,26
2	3	23	4,57	Пластилин	1400	0,33
3	4,5	15	1,13	Сталь	7800	2,3

Таблица 3. Определение коэффициента вязкости соленой воды (t=10˚C)

№	rш, 10-3 м	l, 10-2 м	t, c	Материал Шарика	Плотность шарика, кг/м3	ηэ, мПа·с
1	2	31	7,93	пластмасса	1350	0,38
2	3	26	6,64	пластилин	1400	0,38
3	4,5	18	2,34	Сталь	7800	3,89

Таблица 4. Определение коэффициента вязкости раствора крахмала (t=18˚C)

№	rш, 10-3 м	l, 10-2 м	t, c	Материал Шарика	Плотность шарика, кг/м3	ηэ, мПа·с
1	1,0	19	54,07	пластмасса	1350	7,2
2	1,35	27	12,05	пластилин	1400	6,6
3	0,9	16	2,90	Сталь	7800	1,97

Таблица 5. Определение коэффициента вязкости исследуемой жидкости методом Пуазейля

№	Жидкость	d, 10-3 м	l, 10-2 м	V, м3	t, c	ηэ, мПа·с
1	Вода чистая	3	30	0,0003	40	2,610-3
2	Вода сладкая	3	30	0,0003	35	2,4 10-3
3	Вода солёная	3	30	0,0003	45	2,5 10-3
4	Подсолнечное масло	3	30	0,0003	720 (12 мин)	0,05

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

                                                                           

Список используемой литературы.

1.                 Астарита Д ж., Марруччи Д ж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей/ пер. с англ.-  М., 1978.

2.                 Бернадинер М.Г., Ентов М.М. Гидродинамическая теория фильтрации аномальных жидкостей. – М.: Недра, 1975. – 200 с.

3.                 Бибик Е. Е. Реология дисперсных систем. - Л., 1981.

4.                 Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики. М.: «Высшая школа», 1984 г., стр 486.

5.                 Зисман Г.А., О.М.Тодес. Курс общей физики/- К.:Днипро, 1994.Т.1

6.                 Ильин В.И./Механика Ньютона – основа единой физики. – М.: Т – Око, 1992.

7.                 Мирзаджанзаде А.Х., Ковалев А.Г., Зайцев Ю.В. Особенности эксплуатации месторождений аномальных нефтей. - М.: Недра, 1972. - 200с.

8.                 Орлов В.А., Никифоров Г.Г/Физика: Школьный курс – М.: АСТ – ПРЕСС, 2000. – 668с.

9.                 Прокофьев В.Л., Дмитриев В.Д. Физика (учебное пособие для техникумов) - М.: Высшая школа, 1983, стр 543.

10.            Рейнер М. Реология/ пер. с англ.- М., 1965.

11.            Савельев И.В.. Курс общей физики. - М.:Наука,1970.Т.1,параграф 51-60, - 112с.

12.            Саранин В.А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. Простая теория и доступные опыты.- Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1995.- 172 с.

13.            Селезнев Ю.Л. Основы элементарной физики.-  Издательство «Наука», 1974 г.- 543с.

14.                          Технический словарь. Том VI.  Неньютоновские жидкости.

15.            Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости/ пер. с англ. - М., 1964.

16.            Шульман 3. П., Беседы о реофизике - Минск, 1976.

17.            http://www.popmech.ru/article/1174-nauka-s-privetom/

18.            http://www.liveinternet.ru/users/alfizik/post104333734/