Презентация по физике на тему"Неньютоновская жидкость"(11 класс)

Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение
«Средняя школа № 36 им. А. М. Городнянского»


Исследовательский проект
«Необычные свойства неньютоновской жидкости»

Выполнили:
ученики 11 класса А
Висков Алексей и
Колкова Екатерина
Руководитель:
Щербакова Галина Георгиевна
Смоленск

Цель: выяснить, что представляет собой
неньютоновская жидкость и определить ее
свойства в зависимости от внешних воздействий.

Задачи:
1. Узнать, что такое неньютоновская
жидкость.
2. Почему эта жидкость получила такое название?
3. Рассмотреть различие между группами неньютоновской жидкости.
4. Изучить свойства неньютоновских жидкостей.
5.Сделать выводы.

Гипотеза: мы исходим из предположения о том, что это жидкость, которая по своим свойствам отличается от привычного нам понятия жидкости.

Объект исследования: неньютоновская жидкость
Предмет исследования: сведения о неньютоновской жидкости
Методы исследования: анкетирование, анализ, обобщение, сравнение.

АКТУАЛЬНОСТЬ

В окружающем нас мире широко используются разные жидкости. Но среди них есть неньютоновские жидкости, которые не поддаются законам обычных жидкостей. Нам очень хотелось узнать: существует ли такая жидкость? Из чего состоит эта жидкость? Почему она так называется? Какими необычными свойствами она обладает? Поэтому, мы решили провести свое исследование по данной теме.

Анкетирование

Может ли человек ходить по поверхности воды? (да, нет, не знаю)
Может ли человек ходить по любой другой жидкости? (да, нет, не знаю)
Существуют ли эти жидкости, по которым можно ходить? (да, нет, не знаю)

Анализ анкеты


2.
3.

Неньютоновская жидкость.

Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.

Пример - сгущенка, некоторые строительные растворы, мёд, крема, кетчуп... Чем сильнее и быстрее их перемешиваешь их, тем легче это делать. А начать бывает трудно.

Исаак Ньютон (1643-1727) — английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики.

Ньютоновская жидкость названа в честь Исаака Ньютона, который открыл закон вязкого трения для жидкостей.
Соответственно, неньютоновская жидкость – это жидкость на которую не действуют закон Ньютона.
Почему эта жидкость получила
такое название?

Ньютон установил, что между двумя слоями жидкости возникает сила внутреннего трения Fтр, которая зависит от природы жидкости, площади соприкасающихся слоев S и градиента скорости dυ/ dZ между ними:
Fтр= dZ /d υ S η ⋅ ⋅ - уравнение Ньютона,
где η - коэффициент вязкости (или просто вязкость жидкости). Сила внутреннего трения Fтр действует касательно к поверхности соприкасающихся слоев жидкости и направлена так, что ускоряет более медленно движущийся слой и замедляет более быстро движущийся слой. Градиент скорости dυ /dZ (скорость сдвига) характеризует быстроту изменения скорости при переходе от слоя к слою.
Уравнение Ньютона для жидкостей

Бингамовские жидкости
Краска, густые суспензии, пасты

Виды неньютоновских жидкостей
Псевдопластичные жидкости
Дилатантные жидкости
Жидкое мыло, крахмал, растворы полимеров, целлюлозы
Концентрированные суспензии твёрдых частиц, клеи, суспензии силиката калия
Неньютоновские вязкие жидкости (характеристики не зависят от времени)
Неньютоновские нереостабильные жидкости
(характеристики зависят от времени
Неньютоновские вязкоупругие жидкости (вязкость уменьшается под действием напряжений)

Строение неньютоновской жидкости
Неньютоновские жидкости имеют сложное строение. Частицы этих жидкостей формируют контакты в виде хаотически сплетённых молекул. Такие 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 и молекулы расходятся.

Крахмал + вода = неньютоновская жидкость



Свойства неньютоновской жидкости

Эксперимент №1: изучение свойств неньютоновской жидкости.

Получилась белая жидкость, налили ее на ладонь.

Быстрыми движениями попробовали скатать шарик. При подбрасывании вверх шарик не сохраняет форму.

Чтобы жидкость оставалась твердой, на нее непрерывно надо воздействовать, месить.
Но как только воздействие прекратилось, она утекает сквозь пальцы.

Окунули все пальцы, а потом резко дернули.
Чашка поднялась вместе с жидкостью.
Пальцем ударили по жидкости резко почувствовали, что она упругая, а палец остался чистым.

Выводы:

Если подбросить, то не сохраняет форму.
Приобретает форму сосуда.
На солнце сверху затвердевает, а нижняя часть остается мягкой.
Не отскакивает как мяч.
Обладает вязкостью
Вязкость увеличивается при уменьшении скорости течения жидкости.
При малых нагрузках – мягкий и эластичный материал.
При больших нагрузках – твердое и очень упругое тело.
Сменяет пластичность под действием силы.
К основным свойствам неньютоновской жидкости относятся:

Сравнение ньютоновской и неньютоновской жидкостей

Эксперимент №2: изучение магнитных свойств неньютоновской жидкости.

В неньютоновскую жидкость можно добавить черный порошок из лазерных принтеров. Измельчённые частицы равномерно распределяются по неньютоновской жидкости. Если к ней поднести сильный магнит, то жидкость к нему притягивается.


Вывод: магнитная неньютоновская жидкость притягивается к сильному магниту.

Эксперимент №3: измерение плотности неньютоновских жидкостей.

Крахмал+вода
m = 90 г
v = 100 см3
ρ=m/v
ρ= 90 г / 100 см3 = 1,11 г/см3

2. Гель для душа

m = 84 г
v = 100 см3
ρ=m/v
ρ= 84 г / 100 см3 = 0,84 г/см3

3. Подсолнечное масло

m = 460 г
v = 500 см3
ρ=m/v
ρ= 460 г / 500 см3 = 0,915 г/см3

Сравнение плотностей разных неньютоновских жидкостей
Вывод: вязкость неньютоновской жидкости зависит от плотности вещества.

Применение неньютоновских жидкостей
Косметология
Кулинария
Медицина
Техника

ВЫВОД:
Данный исследовательский проект позволил
нам не только познакомиться с
неньютоновскими жидкостями, но и
изучить некоторые свойства данных
жидкостей на основе физических экспериментов.
Неньютоновские жидкости не
поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости
меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них
физической силы, они подвергаются не только механическим
воздействиям, но и даже магнитными.
Неньютоновские жидкости окружают нас повсюду и не являются редкими и экзотичными.

Наши предложения
Основываясь на необычных свойствах неньютоновской жидкости, мы хотим предложить несколько способов ее использования:
Таблетки
Контейнеры для хранения стеклянных предметов
Наколенники, подлокотники, шлемы
Игры для развития моторики
Детские ползунки

Литература и Интернет-ресурсы:

1. Детская энциклопедия для среднего и старшего возраста, т.3 Вещество и энергия, – 3-е изд., М.: Педагогика, 1973
2. Уокер Дж. Физическй̆ фейерверк: - 2-е изд. Пер.с англ./ Под ред. И.Ш.Слободецкого. – М.: Мир, 1998.
3. Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., Издательство: Мир , 1964
4. В. М. Шаповалов. Валковые течения неньютоновских жидкостей. М.: Педагогика, 1993
5. Энциклопедический словарь юного физика / Сост .В.А.Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991. – 336с.
6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике, М.: Наука, 1979,944 с.
______________________________________________________________

http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_6291.html статья А. Я. Малкина, H. Б. Урьева.
http://www.labh.ru/ классификация неньютоновских жидкостей
http://www.ai08.org/index.php технический словарь, вязкоупругие тела
http://www.femto.com.ua энциклопедия физики и техники внутреннее трение
http://files.school-collection.edu.ru о реологии, как науки о деформациях и текучести сплошных сред