Ньютоновская жидкость свойства. Что такое неньютоновская жидкость? Использование неньютоновской жидкости при ремонте автодорог

Теория упругости
Напряжение · Тензор · Твёрдые тела · Упругость · Пластичность · Закон Гука · Реология · Вязкоупругость

Гидродинамика
Жидкость · Гидростатика · Гидродинамика · Вязкость · Ньютоновская жидкость · Неньютоновская жидкость · Поверхностное натяжение

Основные уравнения
Уравнение непрерывности · Уравнение Эйлера · Уравнения Навье - Стокса · Уравнение вихря · Уравнение диффузии · Закон Гука

См. также: Портал:Физика

Нью́тоновская жи́дкость (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 .

Определение

Простое уравнение, описывающее силы вязкости в ньютоновской жидкости, во многом определяющие её поведение, основано на сдвиговом течении :

$\backslash tau=\backslash mu\backslash frac\{\backslash partial\; u\}\{\backslash partial\; y\}$,

• $\backslash tau$ - касательное напряжение , вызываемое жидкостью, Па;
• $\backslash mu$ - динамический коэффициент вязкости - коэффициент пропорциональности, Па·с;
• $\backslash frac\{\backslash partial\; u\}\{\backslash partial\; y\}$ - производная скорости в направлении, перпендикулярном направлению сдвига, с −1 .

Это уравнение обычно используют при течении жидкости в одном направлении, когда вектор скорости течения можно считать сонаправленным (параллельным) во всех точках рассматриваемого объёма жидкости.

Из определения, в частности, следует, что ньютоновская жидкость продолжает течь, даже если внешние силы очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми. Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной), и не зависит от сил, действующих на неё. Типичная ньютоновская жидкость - вода .

• $\backslash tau\_\{ij\}$ - касательное напряжение на $i$-й грани элемента жидкости в $j$-м направлении;
• $u\_i$ - скорость в $i$-м направлении;
• $x\_j$ - $j$-я координата направления.

Если жидкость не подчиняется этим отношениям (вязкость изменяется в зависимости от скорости тока жидкости), то её в противоположность называют неньютоновской жидкостью : растворы полимеров , ряд твердых суспензий и большинство очень вязких жидкостей.

Напишите отзыв о статье "Ньютоновская жидкость"

Примечания

См. также

Отрывок, характеризующий Ньютоновская жидкость

Милорадович круто повернул свою лошадь и стал несколько позади государя. Апшеронцы, возбуждаемые присутствием государя, молодецким, бойким шагом отбивая ногу, проходили мимо императоров и их свиты.
– Ребята! – крикнул громким, самоуверенным и веселым голосом Милорадович, видимо, до такой степени возбужденный звуками стрельбы, ожиданием сражения и видом молодцов апшеронцев, еще своих суворовских товарищей, бойко проходивших мимо императоров, что забыл о присутствии государя. – Ребята, вам не первую деревню брать! – крикнул он.
– Рады стараться! – прокричали солдаты.
Лошадь государя шарахнулась от неожиданного крика. Лошадь эта, носившая государя еще на смотрах в России, здесь, на Аустерлицком поле, несла своего седока, выдерживая его рассеянные удары левой ногой, настораживала уши от звуков выстрелов, точно так же, как она делала это на Марсовом поле, не понимая значения ни этих слышавшихся выстрелов, ни соседства вороного жеребца императора Франца, ни всего того, что говорил, думал, чувствовал в этот день тот, кто ехал на ней.
Государь с улыбкой обратился к одному из своих приближенных, указывая на молодцов апшеронцев, и что то сказал ему.

Кутузов, сопутствуемый своими адъютантами, поехал шагом за карабинерами.
Проехав с полверсты в хвосте колонны, он остановился у одинокого заброшенного дома (вероятно, бывшего трактира) подле разветвления двух дорог. Обе дороги спускались под гору, и по обеим шли войска.
Туман начинал расходиться, и неопределенно, верстах в двух расстояния, виднелись уже неприятельские войска на противоположных возвышенностях. Налево внизу стрельба становилась слышнее. Кутузов остановился, разговаривая с австрийским генералом. Князь Андрей, стоя несколько позади, вглядывался в них и, желая попросить зрительную трубу у адъютанта, обратился к нему.
– Посмотрите, посмотрите, – говорил этот адъютант, глядя не на дальнее войско, а вниз по горе перед собой. – Это французы!
Два генерала и адъютанты стали хвататься за трубу, вырывая ее один у другого. Все лица вдруг изменились, и на всех выразился ужас. Французов предполагали за две версты от нас, а они явились вдруг, неожиданно перед нами.
– Это неприятель?… Нет!… Да, смотрите, он… наверное… Что ж это? – послышались голоса.
Князь Андрей простым глазом увидал внизу направо поднимавшуюся навстречу апшеронцам густую колонну французов, не дальше пятисот шагов от того места, где стоял Кутузов.
«Вот она, наступила решительная минута! Дошло до меня дело», подумал князь Андрей, и ударив лошадь, подъехал к Кутузову. «Надо остановить апшеронцев, – закричал он, – ваше высокопревосходительство!» Но в тот же миг всё застлалось дымом, раздалась близкая стрельба, и наивно испуганный голос в двух шагах от князя Андрея закричал: «ну, братцы, шабаш!» И как будто голос этот был команда. По этому голосу всё бросилось бежать.
Смешанные, всё увеличивающиеся толпы бежали назад к тому месту, где пять минут тому назад войска проходили мимо императоров. Не только трудно было остановить эту толпу, но невозможно было самим не податься назад вместе с толпой.

Что такое неньютоновские жидкости? Примеры наверняка можно обнаружить даже у вас в холодильнике, однако наиболее очевидным образцом научного чуда считается - текучий и твердый одновременно благодаря взвешенным (суспендированным) частицам.

О вязкости

Сэр утверждал, что вязкость, или резистентность жидкости к течению, зависит от температуры. Так, к примеру, вода может превратиться в лед и обратно именно под воздействием нагревающих или охлаждающих элементов. Однако некоторые субстанции, существующие в мире, меняют вязкость вследствие применения силы, а не изменения температуры. Интересно, что к неньютоновским жидкостям причисляют повсеместно применяемый томатный соус, который становится жиже при условии длительного размешивания. Сливки же, наоборот, загустевают при взбивании. Этим веществам не важна температура - вязкость неньютоновских жидкостей меняется ввиду физического воздействия.

Эксперимент

Для тех, кто интересуется вопросами прикладной науки или просто желает поразить своих гостей и друзей невероятно простым и в то же время потрясающе увлекательным научным экспериментом, создан специальный рецепт коллоидного крахмального раствора. Настоящая неньютоновская жидкость, своими руками сделанная буквально из двух обыкновенных кулинарных ингредиентов, поразит своей консистенцией и школьников, и студентов. Вам понадобится только крахмал и чистая вода, а в итоге получится уникальное вещество, являющееся одновременно и жидкостью, и твердым телом.

Рецепт

• Высыпьте приблизительно четверть упаковки кукурузного крахмала в чистую миску и медленно влейте примерно полстакана воды. Помешайте. Иногда удобнее готовить коллоидный крахмальный раствор прямо руками.
• Продолжайте добавлять крахмал и воду небольшими порциями до тех пор, пока у вас не получится субстанция, по консистенции напоминающая мед. Это будущая неньютоновская жидкость. Как сделать ее однородной, если все попытки равномерного размешивания оканчиваются провалом? Не беспокойтесь; просто уделите процессу побольше времени. В итоге на одну упаковку кукурузного крахмала у вас, скорее всего, уйдет от одного до двух стаканов воды. Обратите внимание: вещество приобретает большую плотность по мере того, как вы добавляете в него все больше порошка.
• Вылейте полученную субстанцию в сковородку или форму для выпечки. Присмотритесь к ее необычной консистенции, пока "твердая" жидкость льется вниз. Перемешайте вещество по кругу указательным пальцем - сначала медленно, затем все быстрее и быстрее, пока у вас не получится удивительная неньютоновская жидкость.

Опыты

Как в целях научного познания, так и просто ради развлечения, можно попробовать провести следующие опыты:

• Проведите пальцем по поверхности получившегося сгустка. Заметили ли вы что-нибудь?
• Погрузите всю кисть руки в загадочное вещество и попытайтесь сжать его пальцами и вытащить наружу из контейнера.
• Попробуйте покатать субстанцию в ладонях, чтобы слепить шарик.
• Можно даже со всей силы хлопнуть по сгустку ладонью. Присутствующие зрители наверняка разбегутся в стороны, ожидая, что их сейчас обрызгает крахмальным раствором, однако необычное вещество останется в контейнере. (Если, разумеется, вы не пожалели крахмала.)
• Зрелищный эксперимент предлагают видеоблогеры. Для него вам понадобится музыкальная колонка, которую следует аккуратно обтянуть плотной пищевой пленкой в несколько слоев. Вылейте раствор на пленку и включите музыку на большой громкости. Вы сможете наблюдать потрясающие визуальные эффекты, возможные только при применении этого уникального состава.

Если вы проводите эксперимент в лаборатории перед школьниками или студентами, спросите их, почему неньютоновская жидкость ведет себя именно таким образом. По какой причине она кажется твердым телом, если сжать ее в руке, но при этом течет, как сироп, если разжать пальцы? По окончании дискуссии можно упаковать сгусток в большой пластиковый пакет с застежкой-молнией, чтобы сохранить его до следующего раза. Он пригодится вам для демонстрации свойств суспензии.

Тайна вещества

Почему в одних случаях коллоидный крахмальный раствор ведет себя как твердое тело, а в других - как жидкость? На самом деле вами была создана настоящая неньютоновская жидкость - вещество, отвергающее закон вязкости.

Ньютон считал, что вязкость вещества меняется только вследствие повышения или понижения температуры. К примеру, моторное масло легко течет при нагреве и приобретает особую густоту при охлаждении. Строго говоря, неньютоновские жидкости тоже подчиняются этому физическому закону, но при этом их вязкость можно изменить и путем применения силы или давления. Когда вы сжимаете коллоидный сгусток в руке, его плотность существенно увеличивается, и (пусть даже временно) он как будто превращается в твердое тело. Когда вы разжимаете кулак, коллоидный раствор течет как обычная жидкость.

Что нужно иметь в виду

Ирония заключается в том, что невозможно смешать крахмал с водой навсегда, так как в результате эксперимента у вас получается не однородное вещество, а суспензия. Со временем частички порошка отслоятся от молекул воды и соберутся в твердый комочек на дне вашего пластикового пакета. Именно по этой причине подобная неньютоновская жидкость мгновенно засоряет канализационные трубы, если просто взять и вылить ее в раковину. Ни в коем случае не выливайте ее в водосток - лучше упакуйте в пакет и просто выбросьте в мусоропровод.

Кажется, что современных детей уже ничем не удивить. Новомодные гаджеты, игрушки с множеством функций отличаются от тех, что были у их родителей в детстве, как современный катер от деревянной лодки.

Но в последнее время родители все больше обращают внимания на то, что дает в плане развития та или иная игра. Некоторые из них позволяют познавать мир, развивая детей умственно и физически.

А если вдобавок такую игру можно сделать самостоятельно при участии ребенка, то это огромный плюс. На просторах интернета можно найти множество таких игрушек. Одной из самых простых и интересных является так называемая неньютоновская жидкость. Так как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях и что для этого нужно?

Что такое неньютоновская жидкость

Прежде, чем перейти к ответу на вопрос: «Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях своими руками?» - не лишним будет понять, что это такое и как оно действует.

Неньютоновская жидкость - это своего рода субстанция, которая при разной скорости механического воздействия на нее ведет себя по-разному. Если скорость внешнего воздействия на нее мала, то она проявляет признаки обычной жидкости. А если на нее воздействовать с более высокой скоростью, то она схожа по признакам с твердым телом.

К плюсам такой занимательной игры можно отнести:

• Возможность и простота самостоятельного изготовления.
• Небольшая стоимость и доступность ингредиентов.
• Познавательные возможности для детей.
• Экологичность (в отличие от некоторых пластиковых игр, не содержит вредных веществ, а состав вам заранее известен).

Развлечение и обучение

Что может быть лучше, чем совместное занятие с ребенком чем-то интересным и необычным? Тем более что это занятие будет действительно полезным не только детям, но и взрослым. Простота того, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях, позволяет создать интересное развлечение всего за пару минут. В результате получится игра, которая увлечет всю семью. Кроме того, она развивает моторику рук у детей.

Если по быстро ударить, то она поведет себя, как твердое тело, и вы почувствуете его упругость. Если медленно опустить в нее руку, то она не встретит никакого препятствия, и будет ощущение, что это вода.

Другая положительная сторона - это развитие воображения. При различных типах воздействия на жидкость она ведет себя весьма интересно. Если емкость с ней поставить на вибрирующую поверхность или просто быстро потрясти, то она начинает принимать очень необычные формы.

Не стоит забывать и об образовательной пользе. Такая жидкость позволяет на практике изучать простейшие основы физики - свойства твердого и жидкого тела.

Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях: два способа

Состав смеси напрямую влияет на ее свойства. Таким образом, следует знать, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях. Рецепт приготовления весьма прост. В нем всего два основных ингредиента - вода и крахмал. Последний ингредиент может быть как кукурузным, так и картофельным. Вода должна быть холодной. Все тщательно смешивается. Все готово!

Для более жидкого состояния смеси берется пропорция воды и крахмала 1:1. Для более твердого - 1:2. При желании в нее можно добавить пищевые красители, тогда смесь будет яркой.

А как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях без крахмала? Этот рецепт немного сложнее, но так же эффективен, как и предыдущий. Сначала смешивается вода и обычный клей ПВА в пропорциях 0,75:1. Отдельно соединяется вода с небольшим количеством буры. После этого оба состава смешиваются и тщательно перемешиваются.

Оба способа позволяют получить неньютоновскую жидкость, но первый намного проще и пользуется наибольшей популярностью.

Больше воды и крахмала…

Зная, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях, можно, увеличив пропорции, изготовить достаточное количество такой смеси и залить ею, к примеру, небольшой детский бассейн. Глубины в 15-25 сантиметров будет достаточно. Тогда по поверхности этой жидкости можно прыгать, бегать, танцевать, не проваливаясь. Но если остановиться, то сразу погружаешься в нее. Это отличное развлечение для взрослых и детей.

В Малайзии неньютоновской жидкостью залили целый бассейн. Это место сразу стало очень популярным. Там с удовольствием весело проводят время люди всех возрастов.

Можно , если даже походить по улице или квартире. Какая бы сила ни действовала на воду, масло или молоко, они все равно сохранят свое жидкое состояние, будь то перемешивание, переливание и иное физическое воздействие.

Другое дело - это неньютоновские жидкости. Их особенность заключена в том, что их текучие свойства колеблются в зависимости от скорости ее тока. Неньютоновскую жидкость легко получить, смешав воду с пищевым картофельным/кукурузным крахмалом.

Источники:

• неньютоновская жидкость как сделать

Обычные жидкости растекаются, переливаются, отличаются легкой проницаемостью. Но существуют субстанции, способные занимать вертикальное положение и даже выдерживать вес человека. Именуются они неньютоновскими жидкостями.

Существуют эмульсии, вязкость коих переменчива и зависима от скорости деформации. Суспензий со свойствами, противоречащими законам гидравлики, разработано много. Их использование получило широкое распространение в химической, перерабатывающей, нефтяной и прочих отраслях современной промышленности.

К числу можно отнести сточные грязи, зубную пасту, жидкое мыло, буровые растворы и пр. Обычно эти смеси неоднородны. В их составе содержатся крупные молекулы, способные образовывать сложные пространственные структуры. Исключениями являются , приготовленные на базе картофельного или кукурузного крахмала.

Приготовление неньютоновской жидкости в домашних условиях

Для создания эмульсии потребуется вода . Обычно ингредиенты используются в равных частях, но иногда соотношение составляет 1:3 в пользу воды. После смешивания получается жидкость, напоминающая по консистенции кисель и обладающая интересными характеристиками.

Если в емкость с эмульсией медленно положить предмет, результат будет аналогичным погружению вещи в краску. Хорошо размахнувшись и ударив по смеси кулаком, можно отметить изменения ее свойств. Рука отскочит, как от столкновения с твердым веществом.

Вылитая с большой высоты эмульсия, соприкасаясь с поверхностью, скапливается комьями. В начале струи она будет течь, как обыкновенная жидкость. Другой эксперимент - медленно засунуть руку в состав и резко сжать пальцы. Между ними образуется твердая прослойка.

Можно поместить кисть до запястья в суспензию и попытаться ее резко вытянуть. Существует огромная вероятность, что емкость с эмульсией поднимется вместе с рукой.

Использование характеристик неньютоновской жидкости в создании лизуна

Первая такая была создана в 1976 г. Она обрела огромную популярность благодаря своим необычным свойствам. Лизун был одновременно эластичным, текучим и обладал возможностью беспрестанно трансформироваться. Подобные качества сделали спрос на игрушку колоссальным среди и взрослых.

Зыбучие пески - неньютоновская жидкость пустыни

Они обладают в одночасье свойствами твердых и жидких тел благодаря необычной конфигурации песчинок. Находящийся под зыбучими песками поток воды взбивает рыхлый слой песчинок до того момента, пока масса забредшего на низ путника ни обрушивает структуру.

Песок перераспределяется и начинает засасывать человека. Попытки выбраться самостоятельно приводят к разрежению воздуха, с титанической силой тянущего ноги назад. Усилие, нужное для высвобождения конечностей в этом случае сравнимо с весом машины.

Плотность зыбучих песков больше плотности подземных вод. Но плыть в них нельзя. Из-за повышенной влажности песчинки образуют вязкую субстанцию.

Любая попытка двигаться вызывает мощное противодействие. Песчаная масса, перемещающаяся с низкой скоростью, не успевает заполнить полость, которая образуется за сдвинутым предметом. В ней образуется вакуум. В ответ на резкие движения суспензия твердеет. Передвижение в зыбучих песках является возможным только в том случае, когда оно осуществляется очень плавно и медленно.

Ньютоновской жидкостью является любое текучее вещество, имеющее постоянную вязкость, не зависимую от внешнего напряжения, которое на него воздействует. Одним из примеров является вода. У неньютоновских жидкостей вязкость изменятся и напрямую зависит от скорости движения.

Что такое ньютоновские жидкости?

Примерами ньютоновских жидкостей являются взвеси, суспензии, гели и коллоиды. Основной особенностью таких веществ есть то, что вязкость для них является константой и не меняется относительно скорости деформации.

Скорость деформации - это относительное напряжение, которое появляется у жидкости при ее движении. Большинство жидкостей - ньютоновские и к ним применимы уравнения Бернулли для ламинарных и турбулентных течений.

Скорость деформации

Чувствительные к сдвигу жидкости более текучи. Скорость сдвига или зазор между веществом и стенками сосуда, как правило, не очень влияют на этот параметр и ими можно пренебречь. Значение скорости деформации известно для всех материалов и является табличным значением.

В некоторых случаях оно, однако, может изменяться. Например, если жидкость представляет собой эмульсию, которую наносят на пленку для фотографии, то даже незначительные дефекты могут привести к появлению пятен, и конечный продукт не будет обладать необходимыми качествами.

Различные жидкости и их вязкости

В ньютоновских жидкостях, вязкость не зависит от скорости сдвига. Однако для некоторых из них, вязкость меняется в зависимости от времени. Это проявляется на изменении давления в резервуаре или трубе. Такие жидкости называются дилатантными или тиксотропными.

Для латентных жидкостей напряжение сдвига растет всегда, так как их вязкость и увеличение скорости сдвига взаимосвязаны. Для тиксотропных жидкостей эти параметры могут изменяться хаотически. Скорость деформации не может возрасти быстро с понижением вязкости. Поэтому скорость движения частиц вещества может увеличиться, уменьшиться или остаться прежней. Все зависит от типа жидкости. Однако скорость деформации имеет свойство уменьшаться. Это означает, что

Здравствуйте!

Позвольте представить юного эксперта Стаса. Он очень любит экспериментировать, познавать все новое в своей домашней лаборатории.

Сегодня специально для читателей Занимательной науки он поведает о свойствах неньютоновских жидкостей . Прошу любить и жаловать. Слово Стасу.

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, вязкая жидкость, жидкость, подчиняющаяся при своём течении закону вязкого трения Ньютона.

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.

не поддаются законам обычных жидкостей, эти жидкости меняют свою плотность и вязкость при воздействии на них физической силой, причем не только механическим воздействием, но даже и 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.

К изучению этой интересной темы меня подвело посещение научно-популярной выставки «Прикоснись к науке», где один из экспериментов был посвящен неньютоновским жидкостям. Эксперимент произвел на меня большое впечатление и мне захотелось побольше узнать об удивительных свойствах жидкостей, противоречащих законам физики.

В домашних условиях мне удалось не только повторить увиденное, но и подробнее изучить данное явление, проводить много дополнительных экспериментов и придумать свои способы применения данной жидкости.

Один из опытов проведенных мной – опыт с крахмальной водой.

Твёрдая жидкость.

Я взял равные части крахмала и воды, перемешал до однородного вязкого состояния. После этого получил смесь, похожую на сметану.

Но отличие этой смеси от обычной жидкости в том, что она, может быть одновременно и твердой и жидкой. При плавном воздействии – смесь жидкая, а если взять ее в руку и с силой сдавить – из нее можно слепить комок, «снежок», который тут же «растает».

Вывод: Если на эту жидкость с силой воздействовать,то она приобретает свойства твердого вещества.

По этой жидкости можно даже бегать, но если замедлить действие, то человек сразу же погружается в жидкость.

Свойства этой жидкости в скором времени планируют использовать для временного ремонта дорожных ям.

Что же происходит с неньютоновскими жидкостями?

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.

Юные ученые, дорогие родители, уважаемые бабушки и дедушки. Сегодня Стас показал и рассказал вам о необычной жидкости, которая имеет поразительные свойства и может называться “твердая жидкость”. Вам понравилось? Тогда переходите в раздел “Эксперименты ”. Там вы найдете опыты, фокусы и эксперименты по душе. Те, которые можно сделать дома и удивить всех. А для вас и ваших деток у нас открыт новый раздел “ПочеМук ”. В нём мы отвечаем на самые интересные коварные и каверзные научные вопросы — пишите нам.

Очень жду комментарии и фото экспериментов!

Ваш Стас

Забегайте в мою ЛабораториЮ !