Неньютоновская жидкость и ее применение

Оглавление

Тема	Страница
1.     1. Введение	2
2.     2. Теоретическая часть	3
3.     3. Экспериментальная часть
3.1.          Получение неньютоновской жидкости	5
3.2.          Изучение некоторых свойств неньютоновской жидкости	6
3.3. Изучение влияния магнитных полей на неньютоновскую жидкость. Получение ферромагнитной жидкости.	6
3.4. Изготовление «Лизуна»	7
3.5. Изготовление «Горячего льда»	8
4.     4. Применение неньютоновских жидкостей
4.1.                      Применение в косметологии	10
4.2.                      Применение в кулинарии	11
4.3.                      Применение в медицине	12
4.4.                      Применение в обороне	12
4.5.                      Применение ферромагнитной жидкости	13
4.6.                      Применение «горячего льда»	14
5.     5. Выводы	15
6.     6. Литература	15

Введение

…материал, который обладает

 удивительными свойствами:

при малых нагрузках он мягкий

и эластичный, а при больших –

становится твердым и очень упругим. 

Ни один человек не может уйти от реального материального мира, окружающего его и в котором он сам живёт. Природа, быт, техника и всё то, что нас окружает и в нас самих происходит, подчинено единым законам происхождения и развития – законам физики.

Природа – настоящая физическая лаборатория, в которой человек должен быть активным наблюдателем, творцом, но не рабом природы, неспособным хотя бы приближенно объяснить наблюдаемые им природные явления. С самого рождения каждый человек знакомится с веществами, окружающими его, подрастая, человек начинает отличать разного рода жидкости от газов или твёрдых тел, понимая какие отличительные свойства присущи веществам. В малом возрасте ребёнок не сильно задумывается над этими интересными признаками, не понимает, почему вода - это жидкость, а снег - твёрдое тело…

Чем старше становится человек, тем шире становится область его знаний, тем глубже он понимает суть вещей. Так для каждого человека наступает момент, когда под понятием жидкость он будет понимать не просто молоко или же воду, он поймёт, что жидкость,  как и любой другой род материи, имеет свою классификацию, основные свойства. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Жидкости делят на идеальные и реальные. Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью. Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.

Актуальность проекта.

Нас окружает огромное количество жидкостей. Жидкость окружает везде и всегда. Сами люди состоят из жидкости, вода дает нам жизнь, из воды мы вышли и к воде всегда возвращаемся. Мы все время сталкиваемся с использованием жидкостей, пьем чай, моем руки, заливаем бензин в автомобиль, наливаем масло на сковороду. Основным свойством жидкости является, то, что она способна менять свою форму под действием механического воздействия.

Но оказалось, что не все жидкости ведут себя привычным образом. Это так называемые неньютоновские жидкости. Мы заинтересовались необычными свойствами таких жидкостей и провели несколько опытов.

Гипотеза.

         Есть различные виды жидкостей, которые отличаются от обычных. Такие жидкости можно сделать своими руками и наглядно изучить.

Цель проекта:

- получить неньютоновскую жидкость:

- изучить некоторые физические свойства неньютоновской жидкости

Задача проекта:

- Собрать теоретический материал о неньютоновской жидкости

- Опытным путём изучить некоторые физические свойства неньютоновских жидкостей (плотность, температура кипения, температура кристаллизации)

- Узнать область применения неньютоновских жидкостей

Методы исследования:

- Наблюдение

- Изучение теоретических материалов

- Проведение экспериментов

- подведение итогов.

2. Теоретическая часть

Жидкость - это одно из состояний вещества. Таких состояний три, их еще называют агрегатными, это газ, жидкость и твердое вещество. Так вот жидким вещество называют, если оно обладает свойством неограниченно менять форму под внешним воздействием, сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Жидкости бывают идеальные и реальные. Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и абсолютной неизменностью, а объёме под воздействием внешних сил. Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением, растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений. Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими [Зарембо Л.К., 2006, с.12].

Вот 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. К ньютоновским относятся однородные жидкости - это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали (если речь не идет об испарении или замораживании, конечно) [А. В.Перышкин, 2008, с.37].

Но в не все в нашем мире так просто, есть особые жидкости, которые ведут себя немного странно - НЕНьютоновские жидкости.

Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействием, но и даже звуковыми волнами. Чем сильнее воздействие на обычную жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшении скорости тока жидкости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Еще в конце XVII века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее. Ньютон пришел к изучению течения жидкостей, когда пытался моделировать движение планет Солнечной система посредством вращения цилиндра, изображавшего Солнце, в воде. В своих наблюдениях он установил, что если поддерживать вращение цилиндра, то оно постепенно передаётся всей массе жидкости. Впоследствии для описания подобных свойств жидкостей стали использовать термины «внутреннее трение» и «вязкость», получившие одинаковое распространение. Исторически, эти работы Ньютона положили начало изучению вязкости и реологии.

Когда жидкость неоднородна, например, состоит из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры, то при её течении вязкость зависит от градиента скорости. Такие жидкости называют неньютоновскими. 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.

Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействие, но даже звуковыми волнами и электромагнитными полями. Если воздействовать механически на обычную жидкость ,то, чем большее будет воздействие на нее, тем больше будет сдвиг между плоскостями жидкости, иными словами, чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на Неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на нее, в следствии мы столкнемся с физическим затруднением сдвинуть слои таких жидкостей. Вязкость неньютоновских жидкостей возрастает при уменьшение скорости тока жидкости

Нью́тоновская жидкость  (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости в такой жидкости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость. Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. 

Звучит довольно сложно, но будет более понятно, если сказать, что ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали (если речь не идет об испарении или замораживании, конечно).

К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др. [Кабардин О.Ф., 1988, с.23].

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.

Зыбучий песок, также 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” [Кабардин О.Ф., 1988, с.45].

3. Экспериментальная часть

При изучении данной темы мною были проведены опыты по получению неньютоновской жидкости в домашних условиях. Опишу некоторые из них.

3.1. Эксперимент №1 «Получение неньютоновской жидкости»

Цель: получить неньютоновскую жидкость и проверить, как она ведёт себя в обычных условиях.

Оборудование: вода, крахмал, чаша.

Для приготовления нам нужны крахмал  (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество. 

            

Заметила, если мешать быстро, чувствуется сопротивление, а если медленнее - то нет. Получившуюся жидкость можно налить в руку и попробовать скатать шарик, при воздействии на жидкость, пока мы будем катать шарик, в руках будет твердый шар из жидкости, причем, чем быстрее и сильнее мы будем на него воздействовать, тем плотнее и тверже будет наш шарик. Как только мы разожмем руки, твердый до этого времени шар тут же растечется по руке. Связанно это будет с тем, что, после прекращения воздействия на него, жидкость снова примет свойства жидкой фазы.

Также если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Я почувствовала, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот "кисель" и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой. 

3.2. Эксперимент №2 «Изучение некоторых физических свойств неньютоновских жидкостей»

Для изучения свойств мы взяли смесь крахмала с водой, полученную в предыдущем эксперименте, жидкое мыло и растительное масло.

Цель этого эксперимента: опытным путём определить плотность, температуру кипения и температуру кристаллизации данных жидкостей

Результаты эксперимента я представила в виде таблицы (1):

№	Вид жидкости	Плотность	Температура кипения	Температура кристаллизации
1	Крахмал с водой	1, 12 г/см	При 65 С стало твердым	1 С
2	Жидкое мыло	0,85 г/см	75 С	0 С
3	Растительное масло	0,92 г/см	Более 102 С	Не кристаллизуется, стало более густым и вязким

Следующим шагом при изучении свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей в моей работе было определение сходств и различий этих жидкостей. Результаты я представила в виде таблицы (2):

Сравнение свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей

№	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

3.3. Эксперимент №3 «Изучение влияния магнитных полей на неньютоновскую жидкость»

Эксперименты с ферромагнитной жидкостью широко распространены в виде видеороликов в интернете. Дело в том, что данный вид жидкости под действием магнита совершает определенные движения, что делает эксперименты очень зрелищными.

Ферромагнитную жидкость можно изготовить своими руками в домашних условиях. Для этого возьмём масло (подойдет моторное, подсолнечное и прочие), а также тонер для лазерного принтера (субстанция в виде порошка). Теперь смешаем оба ингредиента до консистенции сметаны. Здесь надо помнить, что сильным намагничиванием обладает далеко не каждый тонер, а значит старайтесь выбирать наиболее качественный.

 

Для того чтобы эффект был максимальным, погреем получившуюся смесь на водяной бане в течение приблизительно получаса, не забывая при этом ее помешивать..

Ферромагнитная жидкость (феррофлюид) – это жидкость, которая сильно поляризуется под воздействием магнитного поля. Проще говоря, если приблизить обычный магнит к этой жидкости, она производит определенные движения, например, становится похожей на ежика, встает горбом и т.д.

           

3.4. Эксперимент 4. Изготовление «лизуна».

Все дети помнят такой замечательный мультик под названием «Охотники за привидениями» и его выдающегося героя Лизуна. Ведь он послужил прототипом для создания странной, но увлекающей игрушки для детей со способностями прилипать к поверхностям, рукам, приносить массу восторга. Детям интересно играть такой игрушкой, а еще увлекательнее узнать, как сделать лизуна своими руками. Воспользуйтесь моментом приятно и полезно провести время со своим ребенком, создавая вместе необычную игрушку.

Создание лизуна в домашних условиях очень легкое занятие. Самодельный вариант мультяшного героя, не станет светиться в темноте, как настоящий, однако будет растекаться, липнуть, менять свою форму. Вариантов создания этой незатейливой игрушки много, как и разнообразие материалов для его изготовления: например, жвачка, крахмал с водой, клей, мука, гуашь, на спирту, некоторые даже используют сгущенное молоко, если хотят сделать съедобную игрушку. Цвета вы можете выбирать самые разные, используя пищевой краситель или, например, гуашь.

Все, что вам нужно, это заранее подготовить необходимые материалы, выбрать способ, согласно которому вы будете действовать и получать удовольствие от самого процесса создания лизуна. Это очень интересно, даже если у вас нет детей, а вы давно выросли из детского возраста.

Чтобы продлить жизнь изделию и подарить радость вашему ребенку от игры, изучите следующие моменты:

- необходимое условие хранения игрушки – это закрытая посуда (например, небольшая баночка с плотно закрывающейся крышкой);

- не оставляйте лизуна под открытым солнцем, на нагревательных приборах, батареях: он любит прохладу;

- не следует класть игрушку на ворсистые поверхности, например, ковер, одежда, потому как микроволоски прилипнут к ней, и получится неоднородная поверхность;

- чтобы игрушка получилась оригинальной, во время изготовления воспользуйтесь эфирными маслами, которые придадут приятный аромат поделке;

- для лизуна с «изюминкой»: интересно всыпать косметические блестки в изготовляемую массу и получить «гламурного» мультяшного героя;

- для придания вкуса игрушке: добавьте соль, сахар, сгущенное молоко к остальным ингредиентам в процессе создания;

- добавьте в раствор с краской пару капель уксуса – лизун станет лучше тянуться, не будет мазаться;

- при помощи глицерина он получится скользкий, мерзкий, совсем как настоящий;

- используйте перекись водорода, чтобы самодельный мультяшный герой получился легким, воздушным;

- если вы хотите, чтобы игрушка выглядела более живой, наклейте глазки из резиновых пуговиц или бумаги.

Существуют, как примитивные и безвредные способы создания липкой игрушки - для самых маленьких деток (например, съедобный лизун), так и более «профессиональные». В интернете есть огромное количество рецептов и поэтапное видео о том, как это все изготовляется. Я выбрала один способ из клея ПВА, бура и воды. Это быстрый способ сделать липкую игрушку, не затратив особых усилий. Поделка, сделанная таким способом, получится упругой, сможет отскакивать от поверхностей, почти как попрыгунчик, останется мягкой. Лизун, изготовленный таким способом, не "боится" воды (вы можете смело его мыть).

Исходные материалы:

1.Клей ПВА чисто белого цвета, с актуальным сроком годности (это важно, т.к. повлияет на качество вашего лизуна), в количестве 100 г;

2.Один стакан воды комнатной температуры;

3.Бура (тетраборат натрия под медицинским термином либо боракс). Купите его в любой аптеке, в магазинах с радиотоварами или с химреактивами, особых условий или ограничений на его продажу нет. Спрашивайте либо 4% раствор, либо в виде обычного порошка.

4.Зеленка, пищевые красители, гуашь, акриловые краски – чтоб сделать цветным мультяшного героя;

5.Любой резервуар (объемом от 0.5 литра), в котором все это перемешайте и палка-мешалка.

Рецепт приготовления: четвертую часть воды перемешать с таким же количеством клея, добавив выбранный вами краситель, например, зеленку; далее подготовить одну столовую ложку бура; постепенно добавить бура к предыдущим ингредиентам, постоянно помешивая, в результате чего жидкость постепенно начнет становиться густой, получится тягучее вещество – лизун.

3.5. Эксперимент №5. Изготовление «Горячего льда».

В нашем обычном представлении,  мы привыкли думать, что лед – это обязательно холод. Также в голове не укладывается, как лед может получиться при комнатной температуре,  а уж тем более как он может быть теплым.

    На самом деле в этом  нет ничего сверхъестественного и  магического. Более того, горячий лед можно сделать  даже в домашних условиях. Все что нам необходимо – это небольшие знания химии и физические аспекты.

Любопытный факт

Как бы ни было странно – но обычная вода может превратиться в горячий лед!

Один английский физик Перси Уильямс Бриджмен доказал, что  при огромном давлении  вода сможет перейти в кристаллическое соединение, при чем температура будет намного выше привычного для нас льда (0^◦С). Для этого ему пришлось использовать  давлением равное  20 600 атмосфер, а температура при которой вода находилась в твердом состоянии была равной 76^◦С. Если бы мы могли взять в руки это лед, то получили бы ожоги.

Теперь обьясню, как же получить горячий лед при комнатной температуре и атмосферном давлении из реагентов, которые есть практически в каждом доме. Но тут обычной водой нам не обойтись.

Что нам понадобится:

§     Пищевая сода.

§     Уксусная кислота.

§     Поваренная соль

§     Вода

§     Кастрюля

§     Баночка или кружка

§     Плита

В химии есть такое название — реакция «горячий лед». Говоря проще, это получение ацетата натрия. Самый простой способ - это реакция уксусной кислоты и пищевой соды.

CH₃COOH + NaHCO₃ = CH₃COONa + CO₂ + H₂O

    Следует учитывать, что уксус, который мы покупаем в магазине может быть разной концентрации, а следовательно и количество соды пойдет разное.

— для 200 мл. 70% уксусной кислоты нужно 210 г соды

— для 200 мл. 30% уксусной кислоты нужно 87,4 г соды

— для 200 мл. 9% уксусной кислоты нужно 25,25 г соды

Практика показывает, что количество соды надо брать чуть меньше, потому что выход этой реакции примерно 88-90 %. Происходит это потому, что в  результате выделения СО₂ улетучивается и часть уксусной кислоты. Также было бы хорошо использовать  электронные весы.

После проведенных расчетов можно приступать к самому процессу реакции. В кастрюлю выливаем уксусную кислоту. Порциями добавляем соду, тщательно перемешивая. Ждем прекращения выделения пузырьков (P.S. процесс очень долгий и запах не из лучших). После завершения шипения ставим смесь на плитку и варим, чтоб испарить лишнюю влагу. Процесс необходимо все время контролировать! Выпаривать воду нужно до тех пор, пока по краю кастрюли не начнут появляться белые кристаллы. Тем самым мы получим перенасыщенный раствор ацетата натрия.      Продолжительность варки зависит от концентрации уксусной кислоты. Чем концентрация выше  – тем быстрее испарится лишняя влага. После этого сразу снимаем нашу смесь с плиты и даем чуть-чуть остыть. На поверхности раствора должна появиться корка, как бы лед. Если не появляется – то варим еще немного. После этого берем горячую, кипяченную воду и порциями при постоянном перемешивании добавляем в нашу смесь до тех пор, пока вся корка не растает, а раствор не станет однородным. (P.S. воды понадобиться совсем немного, поэтому не спишите добавлять сразу много воды, а лучше тщательнее перемешивайте.) Затем переливаем нашу смесь в баночку или другой сосуд и помещаем в холодильник до охлаждения хотя бы до комнатной температуры. В холодильник необходимо помещать для того, чтобы смесь не кристаллизовалось за то время, пока остывает. После этого охлажденный раствор достаем из холодильника. Добавляем туда щепоточку  поваренной соли.

На глазах раствор кристаллизуется. Если же этого не произошло, то раствор необходимо выпаривать еще. После удачного опыта раствор можно использовать повторно. Для этого наш лед необходимо нагреть в водяной бане до образования однородного раствора.

   

Хочу отметить, что у меня лично «горячий лед» тоже получился только с третьего раза.

4.     Применение  неньютоновских  жидкостей

В мире как ни странно очень популярны данные жидкости.

1. 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.

2. Так же неньютоновские жидкости используются в автопроме, 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.

                              

Остановимся более подробней на некоторых пунктах применения неньютоновской жидкости.

4.1.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.

4.2.          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. Например, йогурт или майонез на фотографии не только остаются в той форме, которую им придали, но и поддерживают украшения, которые на них положили.

4.3.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.

При заболеваниях, сопровождающихся повышением вязкости крови, для уменьшения вязкости крови применяется метод фотогемотерапии. Он заключается в том, что у больного берут небольшое количество крови (примерно 2 мл/кг веса), подвергают ее УФ-облучению и вводят обратно в кровеносное русло.

          

Примерно через 5 мин после введения больным 100-200 мл облученной крови наблюдается значительное снижение вязкости во всем объеме (около 5 л) циркулирующей крови. Исследования зависимости вязкости от скорости движения крови показали, что при фотогемотерапии вязкость сильнее всего снижается (примерно на 30 %) в медленно движущейся крови и совсем не меняется в быстро движущейся крови. УФ-облучение вызывает снижение способности эритроцитов к агрегации и увеличивает деформируемость эритроцитов. Помимо этого происходит снижение образования тромбов. Все эти явления приводят к значительному улучшению как макро-, так и микроциркуляции крови [Зарембо Л.К., 2006, с. 37].

4.4.          Применение в обороне.

Защита человеческого тела от различного оружия является актуальной задачей на протяжении многих веков. В античные времена воины зачастую использовали одни щиты, в средневековье большое распространение получили тяжелые доспехи, вес которых часто составлял 30-50 кг. Одним из новых решений в области создания бронежилетов может стать броня на основе неньютоновской жидкости. Таким образом, на смену кевлару может прийти жидкость. Работу в этом направлении сегодня ведут польские ученые из Института технологий безопасности Moratex. Они решили найти военное применение давно известному веществу — неньютоновской жидкости, вязкость которой при течении зависит от градиента скорости. Жидкая броня от польских специалистов получила обозначение STF — Shear-Thickening Fluid. Она в состоянии обеспечить защиту от пробивной силы высокоскоростных средств поражения, хорошо рассеивая ударную волну по большой площади.
            Современные кевларовые бронежилеты в состоянии хорошо удерживать пулю, но при этом при попадании в них они прогибаются на глубину до четырех сантиметров, что, конечно же, лучше, чем пулевое ранение, но так человек может получить серьезную травму в виде сильного ушиба или перелома. В то же время, благодаря особым свойствам неньютоновской жидкости и тщательно рассчитанной конструкции вставок деформация бронежилета с использованием данного материала уменьшается до вполне безопасного для человека одного сантиметра, устраняя при этом опасную для жизни угрозу на все 100%. Помимо этого, неньютоновская жидкость в состоянии при ударе распределить энергию равномерно по всей площади бронежилета.

«Жидкая» броня обещает быть достаточно легкой, а бронежилет из нее достаточно удобным, не мешающим человеку выполнять свою работу, не причиняя при этом неудобств при носке, он не будут сковывать движений. По словам польских разработчиков, их бронежилет будет весить легче изделий из кевлара.

Польские ученые работают над магнитореологической жидкостью, которая сможет менять свою вязкость под воздействием магнитного поля. По их словам, обе этих жидкости можно будет использовать не только при производстве бронежилетов, но и для производства автомобильных бамперов, профессионального спортивного снаряжения и защитных дорожных ограждений.

4.5.           Применение ферромагнитной жидкости.

- Электронные устройства. Ферромагнитная жидкость используются в некоторых высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки. Одновременно она работает механическим демпфером, подавляя нежелательный резонанс. Ферромагнитная жидкость удерживается в зазоре вокруг звуковой катушки сильным магнитным полем, находясь одновременно в контакте с обеими магнитными поверхностями и с катушкой.

- Машиностроение. Ферромагнитная жидкость способна снижать трение. Нанесенная на поверхность достаточно сильного магнита, например неодимового, она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением. Ferrari использует магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для улучшения возможностей подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать более жесткой или более мягкой. Помимо Ferrari, подобные разработки уже давно нашли применение в автомобилях Audi, Cadillac, BMW и других.

- Оборонная промышленность. Военно-воздушные силы США внедрили радиопоглощающее покрытие на основе ферромагнитной жидкости. Снижая отражение электромагнитных волн, оно помогает уменьшить эффективную площадь рассеяния самолета.

- Авиакосмическая промышленность. NASA проводило эксперименты по использованию ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основу для системы стабилизации космического корабля в пространстве. Магнитное поле воздействует на ферромагнитную жидкость в кольце, изменяя момент импульса и влияя на вращение корабля.

- Аналитические приборы. Ферромагнитные жидкости имеют множество применений в оптике благодаря их преломляющим свойствам. Среди этих применений измерение удельной вязкости жидкости, помещенной между поляризатором и анализатором, освещаемой гелий-неоновым лазером.

- Медицина. Ведется много экспериментов по использованию ферромагнитных жидкостей для удаления опухолей.

4.6. Применение горячего льда.  

Горячий лед (ацетат натрия) вещь - очень интересная. У него температура плавления 55С и очень большая теплота фазового перехода (260кДж/кг). Это позволяет запасать много энергии в тепловых аккумуляторах (например, нагревать воду ночью в бойлере по дешевому, чтобы потом пользоваться днем). И что очень удобно: пока весь ацетат не замерзнет, его температура ниже 55С не упадёт. И наоборот - пока весь не расплавится, температура выше 55С не поднимется. 

Так что это ещё и своего рода "стабилизатор температуры". Очень удобно для систем с солнечными коллекторами, где температура воды может сильно меняться за день  [Зарембо Л.К., 2006, с.112].

Основываясь на свойствах неньютоновской жидкости, я хочу предложить еще несколько способов ее использования.

1.                 Изготовление контейнеров для транспортировки и хранения легко бьющихся стеклянных предметов (стекло, посуда, елочные игрушки и др.). Для подтверждения своих предложений я выполнила следующий эксперимент: я взяла обычный полиэтиленовый мешок, заполнила его водой, положила туда сырое куриное яйцо и сбросила с высоты человеческого роста – яйцо, естественно, разбилось. Но при заполнении мешочка неньютоновской жидкостью (например, смесью крахмала с водой) и падении с той же высоты яйцо осталось целым!

2.                 Я бы предложила латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Когда на неё не действуют внешние силы, она течёт, как жидкость, но как только на нее накатывается колесо автомобиля, она моментально превращается в твердую, как асфальт, субстанцию.

Этот метод может оказаться несколько дороже, нежели обычные асфальтовые «заплатки», однако он позволяет существенно экономить время и работников дорожной компании, и водителей, обычно вынужденных объезжать ремонтируемое место. У такого ремонта один недостаток: ничто не помешает домовитым гражданам поднять его и унести к луже у родного подъезда (что в нашей стране более чем возможно).

К сожалению, у неньютоновской жидкости есть существенный недостаток: жидкость утрачивает свои свойства, когда из нее испаряется вода. Мною было проведено исследование, в результате которого я выяснила, что свойства сохраняются 2-5 дней в зависимости от температуры окружающей среды.

t окружающей среды	Количество дней, в течение которых свойства сохраняются
20°С	5 дней
22°С	4 дня
25°С	2 дня

Вывод: чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее испаряется вода и тем дольше сохраняются свойства неньютоновской жидкости.

Эту особенность необходимо учитывать, если перевозка каких-либо грузов с использованием данной жидкости осуществляется на дальние расстояния.

5.     Выводы

Работая над проектом, я узнал о необычных свойствах жидкостей. Свойства неньютоновской жидкости очень интересны и необычны.

Неньютоновские жидкости не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействие, но и даже звуковыми волнами. Если воздействовать механически на обычную жидкость и чем большее будет воздействие на нее, тем больше будет сдвиг между плоскостями жидкости, иными словами, чем сильнее воздействовать на жидкость, тем быстрее она будет течь и менять свою форму. Если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, мы получим совершенно другой эффект, жидкость начнет принимать свойства твердых тел и вести себя как твердое тело.

В результате проделанной работы был проведён обзор теоретических источников информации. Проведена серия экспериментов с неньютоновской жидкостью, рассчитали плотность, определили температуру кипения и кристаллизации неньютоновских жидкостей

По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.                 если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее - то нет. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело;

2.                 есть различные виды неньютоновской жидкости;

3.                 имеется широкое применение неньютоновской жидкости.

Существует много удивительных вещей вокруг нас, и неньютоновская жидкость яркий этому пример. Мы надеемся, что нам удалось наглядно продемонстрировать ее удивительные свойства.

По итогам работы были выполнены все поставленные задачи и сделаны все запланированные опыты. Проведенные опыты и презентация проиллюстрировали цель проделанной нами работы.

6.     Литература

6.1. Методические материалы:

1.                 Зарембо Л.К., Болотовский Б.М., Стаханов И.П. и др. Школьникам о современной физике. Просвещение,2006г.

2.                 Кабардин О.Ф., Физика, справочные материалы, Просвещение, 1988

3.                 А. В.Перышкин. Физика 7 класс, Дрофа, Москва 2008 г.

6.4.          Интернет- ресурсы

- http://ru.wikipedia.org

- http://www.google.ru

-http://nglib.ru

- http://ngpedia.ru