Ньютоновская жидкость как сделать

Содержание

Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях – интересные опыты

  • наберите полную руку жидкости и сделайте из нее шарик. Помните и сдавите в руке. Если будете скатывать шарик быстро – масса твердеет. Если скатывать медленно – жидкость растечется по руке.
  • поместите кисть руки в жидкость и попробуйте резко вытянуть руку. Ваши руки будут, как бы зацементированы в массе, и поднимут миску с жидкостью в воздух;
  • медленно опустите руку в жидкость и резко сожмите там пальцы. Увидите, что между пальцами появилась твердая прослойка;
  • хлопните сильно по тарелке с жидкостью ладонью. Ваши зрители разбегутся в стороны, чтобы не испачкаться. Но необычная жидкость останется в миске;
  • перелейте субстанцию из одной посудины в другую. Вы увидите, что жидкость сверху льется, а внизу застывает.

Неньютоновская жидкость, изготовленная в домашних условиях, нигде не применяется. Она предназначена для развлечения. Попробуйте придумать с ней что-то новое, творите и изобретайте. Детям очень нравятся подобные эксперименты!


Наверняка вы слышали о неньютоновской жидкости, не так ли? Даже если вы не слышали об этой загадочной субстанции, наверняка вам будет интересно узнать, что она собой представляет и почему у неё такое необычное название.

Как сделать неньютоновскую жидкость дома: рецепты

Она обладает особыми свойствами и может принимать форму и консистенцию как твердого тела, так и жидкого, в зависимости от воздействия. Непонятно, почему она получила такое название, ведь её свойства отличаются от ньютоновской жидкости. Её называют как ньютоновской, так и неньютоновской жидкостью. В любом случае, рецепты одни и те же, свойства тоже. У неё неоднородная структура, в её составе — крупные молекулы.

Ньютоновская жидкость популярна как среди детей, так и среди взрослых. Она поможет скоротать время и развлечься.

Как сделать ньютоновскую (неньютоновскую) жидкость в домашних условиях:

Рецепт №1. Смешиваем картофельный крахмал в количестве 250 грамм и 100 грамм воды комнатной температуры в миске. Хорошенько мешаем, у вас должна получиться однородная масса без комков. При желании вы можете добавить в ньютоновскую жидкость пищевой краситель.

Скатываем из массы шарик, чем быстрее вы будете его катать, тем он будет тверже. Как только вы остановитесь, он снова превратится в жидкую смесь. Еще один вариант — лепить из смеси комочки, которые будут на ощупь как твердые. Но как только вы остановите лепку, они тут же вытекут сквозь пальцы.

Попробуйте еще один эксперимент: опустите медленно палец в смесь и вы увидите, что он входит в неё. Теперь попробуйте быстро ударить рукой или кулаком по ней и вы почувствуете, что она стала твердой.

Еще один эксперимент: Выливаем смесь на поднос, ставим его на музыкальную колонку и играющей музыкой. Вы увидите, что под воздействием громких звуков смесь начинает двигаться.

Бросаем мячик. Если вы сделали много неньютоновской жидкости в тазике или ведре, советуем что-нибудь бросить в емкость, например — мячик. Вы увидите, что брызг не будет.

Рецепт №2. Налейте жидкий крахмал (разводим 1/3 стакана крахмала в ¼ стакана воды) в пакет небольшого размера. Сюда же добавляем пищевой краситель, ¼ стакана клея ПВА. Хорошенько перемешиваем, наш лизун-ньютоновская жидкость готов к использованию.

Чем объяснить такой феномен?

При сдавливании молекулы крахмала начинают соединяться, в результате смесь обретает твердую консистенцию. При отсутствии сжатия молекулы свободно двигаются и смесь становится жидкой.

Теперь вы знаете два простых рецепта неньютоновской жидкости. Уверены, вашим деткам понравятся такие эксперименты, но будьте готовы к тому, что рабочие поверхности будут испачканы. Развлечения с крахмалом будут интересны и для взрослых.

Мужской сайт сайт

ВОПРОС: Что такое неньютоновская жидкость? Как ее сделать в домашних условиях?ОТВЕТ: Неньютоновской жидкостью называют жидкость, которая меняет свою вязкость в зависимости от градиента скорости. Она состоит из крупных молекул, которые образуют сложные неоднородные пространственные структуры. Это значит, что чем быстрее ударить (приложить внешнее воздействие ) по поверхности неньютоновской жидкости, тем больше становится ее вязкость.

Если медленно опустить пальцы в неньютоновской жидкость, то она будет все такой же жидкой, как обычная вода, не создавая никакого препятствия для вашей руки. Но если вы попытаетесь со всей силы ударить по поверхности неньютоновской жидкости, то вас ждет, как минимум, удивление, поскольку ее поверхность мгновенно превратится в упругую массу, которая не даст вашей руке погрузится вовнутрь нее!

Как сделать в домашних условиях

Рецепт довольно простой и дешевый: сходите в магазин и купите обычный крахмал, подойдет любой — картофельный или кукурузный. Затем смешайте его с водой в соотношении 2:1. Это все, неньютоновская жидкость готова! Теперь можете проводить эксперименты в домашних условиях.

Неньютоновская жидкость представляет собой субстанцию, плотность которой напрямую зависит от градиента скорости. Такое явление связано с тем, что жидкость состоит из крупных молекул, которые при отсутствии внешнего воздействия свободно плавают в воде (смесь остается жидкой). При появлении механического раздражителя расстояние между ними сокращается, и субстанция приобретает свойства твердых тел. Подобное поведение некоторых веществ также тесно связано со сложной пространственной структурой молекул.

Сделать неньютоновскую жидкость можно дома, не прилагая к этому особых усилий. Она отлично подойдет для игры с детьми или даже показа фокусов.

Неньютоновская жидкость: что это такое, состав

Со школьного курса известно: вода — это жидкость, которая при наклоне выливается из сосуда. А вот неньютоновская субстанция не подчиняется законам физики. Доказательство тому — хэндгам, или «лизун» для рук.

Вот несколько интересных фактов о неньютоновской жидкости:

  • Если состав быстро мять в руках, он становится твердым. Во время бездействия субстанция снова становится жидкой.
  • При медленном наклоне сосуда жидкость течет как сметана. Но, если емкость резко перевернуть, ничего не прольется.
  • Содержимое невозможно выплеснуть из емкости. Капли на поверхности превращаются в сухие комки.
  • Предметы вязнут в субстанции, как в трясине. Но, если их быстро перемещать по поверхности, двигаются как по суше.

Почему так происходит? При сдавливании частицы крахмала соединяются и твердеют. В спокойном состоянии движение молекул не ограничено, поэтому масса остается жидкой.

Вязкость субстанции зависит от скорости воздействия: чем сильнее усилие, тем тверже масса.

Как сделать неньютоновскую жидкость? Чудо-смесь состоит из двух ингредиентов — воды и крахмала. От количества пропорций зависит вязкость состава.

Необычное средство для проведения опытов — отличный способ занять детей и взрослых.

Игры и опыты с неньютоновской жидкостью для детей

Неньютоновская жидкость своими руками — химический опыт в домашних условиях. Теперь изучите с ребенком физические свойства субстанции из крахмала:

  1. Медленно опустите руку в состав — она войдет легко, как в воду.
  2. Наотмашь ударьте ладонью по поверхности — рука отскочит, останется сухой.
  3. Поручите ребенку размешать субстанцию быстро и медленно, сравнить результат.
  4. Попробуйте скатать шарик из крахмальной массы. В движении шар будет твердым, при остановке растечется по ладони.

Этот рецепт неньютоновской жидкости позволит сделать хендгам без крахмала:

  1. По 50 мл воды и клея ПВА тщательно смешать.
  2. Добавить в смесь краситель, снова перемешать.
  3. Отдельно растворить 20 г соды в воде (50 мл).
  4. Постепенно влить содовый раствор в смесь, вымешивая до однородной консистенции.

Недостаток домашних хендгамов — недолговечность. Загрязненного «лизуна» нужно выбросить и сделать новую игрушку.

Реологические модели жидкостей

Классификация производится по зависимости вязких напряжений от скорости сдвига (градиента скорости) γ˙=|∂v→∂z|{\displaystyle {\dot {\gamma }}=\left|{\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial z}}\right|}, где v→{\displaystyle {\vec {v}}} — скорость течения.

  • Ньютоновская жидкость — линейный закон: σ=αγ˙{\displaystyle \sigma =\alpha {\dot {\gamma }}}
  • Степенная жидкость — нелинейная, закон степенной: σ=αγ˙n{\displaystyle \sigma =\alpha {\dot {\gamma }}^{n}}
    • Псевдопластик — n<1{\displaystyle n<1}, при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.
    • Дилатантная жидкость — n>1{\displaystyle n>1}, вязкость растёт с увеличением скорости.
  • Бингамовский пластик (бингамовская жидкость, модель Бингама) подобна модели сухого трения:

σ={σ+αγ˙,γ˙>−σ+αγ˙,γ˙<{\displaystyle \sigma ={\begin{cases}\sigma _{0}+\alpha {\dot {\gamma }},{\dot {\gamma }}>0\\-\sigma _{0}+\alpha {\dot {\gamma }},{\dot {\gamma }}<0\end{cases}}}

Наглядным примером бингамовской жидкости является краска — за счёт действия связующих веществ возникает порог для напряжения сдвига, и она способна образовывать неподвижные слои на вертикальных поверхностях. Любые другие жидкости будут стекать вниз. Для неньютоновских жидкостей возможно наблюдение и других эффектов, связанных с нелинейностью либо существованием порога. Стоит отметить, что усложнение зависимости вязких напряжений заставляет отказаться от «традиционного» уравнения Навье — Стокса для ньютоновской жидкости путём усложнения модели вязкого тензора.

Отдельным случаем неньютоновских жидкостей являются тиксотропные и реопексные жидкости, вязкость которых изменяется с течением времени.

Другая классификация — по зависимости вязкости η{\displaystyle \eta } от величины скорости сдвига γ˙{\displaystyle {\dot {\gamma }}}:

  • dηdγ˙>{\displaystyle {\frac {d\eta }{d{\dot {\gamma }}}}>0} соответствует случаю дилатантной жидкости;
  • dηdγ˙<{\displaystyle {\frac {d\eta }{d{\dot {\gamma }}}}<0} соответствует случаю псевдопластической жидкости.

Типичными примерами дилатантных жидкостей являются концентрированные суспензии твёрдых частиц (например, зыбучий песок); псевдопластических — полимерные расплавы и растворы.

Что такое неньютоновская жидкость

Что же это за чудо-жидкость такая? С ньютоновской всё понятно: это любая жидкость, подчиняющаяся физическим законам Ньютона. А вот с неньютоновской – другая история. Как ни парадоксально это звучит, но открытие подобных жидкостей произошло благодаря работам Исаака Ньютона. Ученый заметил, что при уменьшении скорости механического воздействия на жидкости их сопротивление снижается, а впоследствии были обнаружены смеси, странное поведение которых не совсем вписывается в физические законы. Им и дали название неньютоновские.

Неньютоновская жидкость – вещество, которое при ударе, быстром сдавливании или попытке выплеснуть её из ёмкости затвердевает, а при медленном переливании или плавном опускании в неё разных предметов – остаётся жидкой.

Достигается этот эффект из-за особенного физического строения вещества: молекулы здесь крупные и в спокойном состоянии имеют жидкую структуру. Но как только на вещество начинает действовать механическая сила с ускорением, расстояние между молекулами резко сокращается и субстанция становится твёрдой.

Классификация

Существует 3 основных группы аномальных субстанций.

Вязкие

Не зависят от времени. Среди них выделяют вязкопластичные — масляные краски, разновидности пасты. К псевдопластичным веществам относят суспензии полимеров, целлюлозы. При небольшом напряжении они текут. Дилатантные (раствор крахмала, различные типы клея) при интенсивном воздействии густеют.

Нереостабильные

Подвержены временному фактору. Простокваша, кефир, майонез, кетчуп теряют вязкость при взбалтывании. Их называют тиксотропными. Реопектические субстанции со временем уплотняются. Это коллоидные растворы, бентонитовые глины.

Вязкоупругие

Под воздействием силы текут, затем восстанавливают прежнюю структуру. К ним относят некоторые виды смол и тестообразные пасты.

Примеры природных неньютоновских жидкостей — это зыбучие пески, трясина на болоте, грунтовые плывуны.

Особенности приготовления

Для создания неньютоновской жидкости в домашних условиях следует взять холодную воду, крахмал (кукурузный или картофельный – не важно), глубокую посудину. Алгоритм приготовления:

  • Высыпайте крахмал в посудину (не бойтесь сыпать больше, чтобы получить достаточное количество субстанции);
  • Добавляйте туда воду и медленно помешивайте смесь;
  • Вода добавляется до тех пор, пока не получится масса, схожая с киселем;
  • Мешать лучше руками, а также можно добавить краситель для получения цветной субстанции;
  • Перемешивание нужно продолжать до образования однородной смеси.

Чтобы убедиться, что вы правильно смешали воду с крахмалом, рукой помешайте субстанцию, постепенно ускоряясь. Жидкость начнет затвердевать, а вы почувствуете, как сопротивление будет усиливаться с увеличением силы перемешивания. Как только рука остановится – смесь снова станет обычной жидкостью. После этого можно показывать фокус ребенку и играть с ним.

Неньютоновскую жидкость можно сделать с клеем ПВА и бурой, но тогда нужно пристально следить, чтобы дети не потянули интересную штуку в рот. Для этого понадобится два стакана с водой (один заполнен наполовину, другой на три четверти), стакан клея и столовая ложка буры. Клей добавляют в более полный стакан, а буру в заполненный до половины. Обе смеси тщательно размешивают и соединяют в одной посудине. Держать такую субстанцию лучше в холодильнике, ведь каждый раз готовить заново не очень удобно.

Как играть?

Разобравшись, как сделать дома неньютоновскую жидкость, возникает вопрос, что с нею делать. Дети могут сами убедиться в изменении ее свойств следующим образом:

  • Раскатывая шарик в руках, который будет ощущаться как твердое тело, но сразу же растечется после прекращения воздействия;
  • Разминая смесь в руках или выливая ее из одной посудины в другую (если лить с достаточной высоты, то в другой посудине она будет больше похожа на твердую глину);
  • Используя мощные колонки, на которые кладется пленка и выливается жидкость (если включить песню с достаточными вибрациями, то получатся так называемые «прыгающие червячки»).

В процессе тестирования жидкости, возьмите посудину поглубже и сделайте так называемый бассейн для игрушки. Если ребенок будет пытаться ею прыгать или бежать по поверхности, то она останется твердой. Но стоит остановиться, как игрушка утонет, будто в обычной воде.

Объяснение опыта

Что происходит с жидкостью, когда вы пытаетесь на нее воздействовать (например, размешиваете ложкой воду в кастрюле)? Вы перемещаете одну часть жидкости (рядом с ложкой) относительно другой (у стенки кастрюли). При этом разрываются связи, удерживающие молекулы воды вместе – именно на это затрачиваются ваши усилия. Одни жидкости (и, кстати, газы тоже) перемешивать легче, другие – труднее.

Интуитивно очевидное с детства понятие на самом деле выражается через соотношение нескольких физических величин, значение которых будет непросто объяснить ребенку. Если вы все же решите это сделать, то расскажите ему об эксперименте с прямоугольной трубой, наполненной жидкостью.

Итак, представьте себе трубу, в которой находится жидкость. Ее верхний слой вы перемещаете с определенной скоростью, в то время как до дна просто не достаете – там жидкость неподвижна. Между верхним и нижним слоем жидкости возникает касательное напряжение – оно тем выше, чем большую силу вы прикладываете для перемещения верхнего слоя, и тем меньше, чем шире труба. ῖ=F/S Однако помимо ширины трубы имеет значение ее высоты. Она определяет скорость деформации жидкости она тем выше, чем быстрее течет верхний слой жидкости, и тем меньше, чем ниже труба. Ῠ=v/H Соотношение между ῖ и Ῠ называют коэффициентом динамической вязкости (или просто вязкостью) и обозначают буквой η.

Для множества жидкостей существует линейная зависимость между ῖ и Ῠ, собственно она такова и для воды

Именно на это обратил внимание Исаак Ньютон, заметивший, что грести веслами быстро намного тяжелее, чем делать это медленно:. «Сопротивление, происходящее от недостатка скользкости жидкости, при прочих одинаковых условиях предполагается пропорциональным скорости, с которою частицы жидкости разъединяются друг от друга»

«Сопротивление, происходящее от недостатка скользкости жидкости, при прочих одинаковых условиях предполагается пропорциональным скорости, с которою частицы жидкости разъединяются друг от друга»

Их, в свою очередь, можно разделить на несколько классов:


  • Псевдопластик — при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.

  • Дилатантная жидкость — вязкость растёт с увеличением скорости.

Именно к последним (дилантантным) относится разведенный в воде крахмал: его молекулы слишком велики, чтобы разные слои жидкости могли свободно двигаться один относительно другого, при резком смещении слоев они буквально «цепляются» друг за друга.

1.11.2018

Видео предоставлено автором – фотографом Анной Масловой (Sunni)      Школа, о детях от 7 до 10 лет, Познавательное

Как сделать неньютоновскую жидкость своими руками

Приготовить её можно легко в домашних условиях, рецепт простой и понятный. Для изготовления Вам понадобится:

  • Крахмал, лучше кукурузный, но подойдёт и картофельный, 1 кг
  • Вода 500 г.
  • Глубокая миска или другая ёмкость для смешивания.
  • Краситель по желанию.

Если хотите получить больше неньютоновской жидкости, то просто возьмите большее количество крахмала, главное чтобы соотношение к воде было 2:1, то есть на два стакана крахмала один стакан воды. А при игре с детьми краситель желательно использовать пищевой, так как малыши любят пробовать всё на вкус.

Для начала в миску насыпьте крахмал, затем, постепенно добавляя воду, перемешивайте до получения однородной массы, по консистенции схожей с киселём.  Мешать можно руками или ложкой.  Добавьте краситель. Когда Вы почувствуете, что смесь стала достаточно густой и вязкой, а при надавливании на её поверхность ложкой или пальцем, твердеет – она готова.

Где применяют неньютоновские жидкости

Аномальные субстанции используют в таких отраслях:

  • В военном деле — производство бронежилетов с технологией «жидкой брони». В месте удара наполнитель мгновенно затвердевает. В обычном состоянии жилет мягкий и эластичный.
  • В производстве автомобилей. Специальные суспензии добавляют в масла для снижения трения при высоких оборотах мотора.
  • В нефтяной промышленности. Полимерные добавки применяют для уменьшения коэффициента сопротивления в трубопроводах.
  • В тушении пожаров. Чтобы увеличить длину струи из брандспойта, в раствор для тушения огня примешивают полимеры.
  • В косметической промышленности. Синтетические ингредиенты, масла, воски добавляют в состав косметики, чтобы придать вязкость.

Зыбучие пески — неньютоновская жидкость пустыни

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.

4 Как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях – интересные опыты

Вы сделали уникальную субстанцию и что дальше? Проведите с ней интересные опыты:

  • наберите полную руку жидкости и сделайте из нее шарик. Помните и сдавите в руке. Если будете скатывать шарик быстро – масса твердеет. Если скатывать медленно – жидкость растечется по руке.
  • поместите кисть руки в жидкость и попробуйте резко вытянуть руку. Ваши руки будут, как бы зацементированы в массе, и поднимут миску с жидкостью в воздух;
  • медленно опустите руку в жидкость и резко сожмите там пальцы. Увидите, что между пальцами появилась твердая прослойка;
  • хлопните сильно по тарелке с жидкостью ладонью. Ваши зрители разбегутся в стороны, чтобы не испачкаться. Но необычная жидкость останется в миске;
  • перелейте субстанцию из одной посудины в другую. Вы увидите, что жидкость сверху льется, а внизу застывает.

Неньютоновская жидкость, изготовленная в домашних условиях, нигде не применяется. Она предназначена для развлечения. Попробуйте придумать с ней что-то новое, творите и изобретайте. Детям очень нравятся подобные эксперименты!

Опыты и игры с неньютоновской жидкостью

  • Учитывая необычные свойства приготовленной жидкости, даже простые действия с ней дают интересный эффект. Например, можно делать из неё комочки, которые после прекращения раскатывания будут становиться снова жидкими. Или плавно опустить в неё руки и попробовать резко выдернуть, жидкость затвердеет, и сделать это не получится.

Попытка выплеснуть её из емкости тоже не увенчается успехом, так как она просто останется на месте. Из этого можно даже фокус сделать: сначала показать какая она жидкая в миске, а потом якобы выплеснуть на пол и посмотреть на удивленные лица зрителей. Можно еще сделать маленький бассейн, в котором ребенок будет ходить или топать игрушкой как по столу, но когда остановится и отпустит игрушку – она утонет, как в простой воде. Если в доме есть хорошие колонки, положите на них клеенку и сверху налейте немного жидкости. Включите музыку и увидите так называемый эффект «прыгающих червячков». Можно попробовать забить гвоздь или саморез молотком, и посмотреть как это не получится сделать.

Под воздействием температуры тоже можно наблюдать разные эффекты. Если разогреть неньютоновскую жидкость в микроволновке, она приобретет форму яйца – с «желтком» в середине и «белком» по краям. А при заморозке в холодильнике на её поверхности образуются рисунки, похожие на узоры инея на окнах зимой.

Существенный плюс игр с неньютоновской жидкостью, приготовленной из крахмала, состоит в том, что её легко убирать с любых поверхностей,  и она абсолютно безопасна и безвредна. Пробуйте, экспериментируйте, и, наверняка, Вы будете впечатлены этой простой и одновременно  такой необычной субстанцией.

1 Делаем неньютоновскую жидкость в домашних условиях – способ первый

Приготовьте холодную воду, глубокую посудину и упаковку крахмала – картофельного или кукурузного. Способ приготовления:

  • насыпаете в миску четвертую часть упаковки крахмала;
  • медленно наливаете половину стакана воды в миску. Помешайте. Добавьте краситель в воду – получите цветную массу;
  • продолжаете насыпать в посудину крахмал и наливать понемногу воду до тех пор, пока не выйдет масса, похожая на кисель;
  • размешивайте массу до однородности. Лучше всего мешать руками;
  • выливаете полученную жидкость в форму для выпечки или другую посудину. Перемешиваете ее указательным пальцем по кругу – сначала медленно и постепенно ускоряете движения. У вас получилась необычная субстанция.

На размешивание уйдет немало времени, пока жидкость станет плотной. Используйте воду с крахмалом в одинаковых пропорциях, но часто воды требуется больше. Жидкость становится плотной по мере добавления крахмала. В конечном итоге у вас получится белая вязкая масса, которую можно налить на ладонь.

Как играть?

Разобравшись, как сделать дома неньютоновскую жидкость, возникает вопрос, что с нею делать. Дети могут сами убедиться в изменении ее свойств следующим образом:

  • Раскатывая шарик в руках, который будет ощущаться как твердое тело, но сразу же растечется после прекращения воздействия;
  • Разминая смесь в руках или выливая ее из одной посудины в другую (если лить с достаточной высоты, то в другой посудине она будет больше похожа на твердую глину);
  • Используя мощные колонки, на которые кладется пленка и выливается жидкость (если включить песню с достаточными вибрациями, то получатся так называемые «прыгающие червячки»).

В процессе тестирования жидкости, возьмите посудину поглубже и сделайте так называемый бассейн для игрушки. Если ребенок будет пытаться ею прыгать или бежать по поверхности, то она останется твердой. Но стоит остановиться, как игрушка утонет, будто в обычной воде.

Определение

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

τ=μ∂u∂y{\displaystyle \tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}},

где:

  • τ{\displaystyle \tau } — касательное напряжение, вызываемое жидкостью, Па;
  • μ{\displaystyle \mu } — динамический коэффициент вязкости — коэффициент пропорциональности, Па·с;
  • ∂u∂y{\displaystyle {\frac {\partial u}{\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.

Если жидкость несжимаема и вязкость постоянна во всем объёме жидкости, то касательное напряжение в прямоугольной системе координат выражается уравнением:

τij=μ(∂ui∂xj+∂uj∂xi){\displaystyle \tau _{ij}=\mu \left({\frac {\partial u_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial u_{j}}{\partial x_{i}}}\right)}

с сопутствующим тензором напряжения P{\displaystyle \mathbb {P} } (также часто обозначается σ{\displaystyle \mathbf {\sigma } }):

Pij=−pδij+μ(∂ui∂xj+∂uj∂xi){\displaystyle \mathbb {P} _{ij}=-p\delta _{ij}+\mu \left({\frac {\partial u_{i}}{\partial x_{j}}}+{\frac {\partial u_{j}}{\partial x_{i}}}\right)},

где, согласно традиционным обозначениям тензора:

  • τij{\displaystyle \tau _{ij}} — касательное напряжение на i{\displaystyle i}-й грани элемента жидкости в j{\displaystyle j}-м направлении;
  • ui{\displaystyle u_{i}} — скорость в i{\displaystyle i}-м направлении;
  • xj{\displaystyle x_{j}} — j{\displaystyle 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.

Неньютоновская жидкость в природе и в быту

Самым известным воплощением неньютоновской жидкости в природе являются зыбучие пески. Из-за необычной формы песчинок они обладают свойствами как твердых, так и жидких материй. Поток воды, циркулирующий под зыбучими песками, делает песок рыхлым. Когда человек наступает на него, песчинки перераспределяются, и его начинает засасывать. Чем сильнее человек сопротивляется, тем с большей скоростью он погружается в песок. Единственный способ выбраться – двигаться максимально медленно и плавно. Аналогичными свойствами обладает и болотная трясина, которая погубила немало людей, не знавших о свойствах неньютоновской жидкости.

Самым интересным применением неньютоновской жидкости в быту стала игрушка «Лизун», которая была произведена впервые в 1976 году. Из-за своих удивительных свойств она моментально приобрела необыкновенную популярность. Эластичность, текучесть, способность бесконечно трансформироваться сделали «Лизуна» одним из самых желанных приобретений для детей того времени. Игрушка пользуется спросом и сегодня.

Также неньютоновскую жидкость научились применять в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Свойствами данной субстанции обладают сточные грязи, жидкое мыло, зубная паста.

Особенности приготовления

Для создания неньютоновской жидкости в домашних условиях следует взять холодную воду, крахмал (кукурузный или картофельный – не важно), глубокую посудину. Алгоритм приготовления:

  • Высыпайте крахмал в посудину (не бойтесь сыпать больше, чтобы получить достаточное количество субстанции);
  • Добавляйте туда воду и медленно помешивайте смесь;
  • Вода добавляется до тех пор, пока не получится масса, схожая с киселем;
  • Мешать лучше руками, а также можно добавить краситель для получения цветной субстанции;
  • Перемешивание нужно продолжать до образования однородной смеси.

Чтобы убедиться, что вы правильно смешали воду с крахмалом, рукой помешайте субстанцию, постепенно ускоряясь. Жидкость начнет затвердевать, а вы почувствуете, как сопротивление будет усиливаться с увеличением силы перемешивания. Как только рука остановится – смесь снова станет обычной жидкостью. После этого можно показывать фокус ребенку и играть с ним.

Неньютоновскую жидкость можно сделать с клеем ПВА и бурой, но тогда нужно пристально следить, чтобы дети не потянули интересную штуку в рот. Для этого понадобится два стакана с водой (один заполнен наполовину, другой на три четверти), стакан клея и столовая ложка буры. Клей добавляют в более полный стакан, а буру в заполненный до половины. Обе смеси тщательно размешивают и соединяют в одной посудине. Держать такую субстанцию лучше в холодильнике, ведь каждый раз готовить заново не очень удобно.

Как сделать неньютоновскую жидкость

Самый простой и незамысловатый способ изготовления – воспользоваться помощью крахмала.

Рецепт с крахмалом

Для этого нам понадобятся:

  • крахмал – 2 части;
  • вода – 1 часть;
  • емкость для смешивания.

В крахмал медленно (главное условие!) добавляем воду комнатной температуры и тщательно размешиваем. По консистенции полученный материал должен напоминать кисель. Чтобы сделать субстанцию цветной, можно добавить пищевой краситель.

Такая неньютоновская жидкость удивит своими свойствами не только детей, но и взрослых.

Вот какие эксперименты можно с ней провести:

  • Если положить ладонь на дно чашки с массой, а потом резко вынуть, то велика вероятность, что тарелка поднимется вместе с рукой.
  • Если провести по поверхности субстанции руками, она соберется в комочки.
  • Если в нее поместить ладонь и резко сжать пальцы, то между пальцами образуется твердая прослойка.
  • Из субстанции при быстром взаимодействии можно скатать колобок или трубочку.
  • Если переливать вещество из чашки в чашку, то можно заметить, как сверху она льется будто вода, а снизу застывает, будто тесто.

Если крахмала среди домашних припасов нет, можно поэкспериментировать и без него.

Рецепт с клеем ПВА

Для этого рецепта понадобятся следующие ингредиенты:

  • три четверти стакана воды и еще половина стакана воды;
  • один стакан клея ПВА;
  • две столовых ложки буры.

В одной емкости тщательно смешиваем клей ПВА и три четверти стакана воды. В другой емкости смешиваем 2 столовых ложки буры и половину стакана воды. Перемешать до полного растворения буры. Затем соединяем обе жидкости в одну, при необходимости добавляем цветной краситель и снова все тщательно перемешиваем. Полученную субстанцию можно положить в пакет и оставить храниться в холодильнике, а при необходимости снова достать для игр.

«Вкусный» рецепт неньютоновской жидкости

Этому рецепту особенно порадуются детки-сладкоежки.

Банку сгущенки выливаем в кастрюльку и ставим на небольшой огонь на плиту. Добавляем столовую ложку крахмала, помешиваем и варим, пока жидкость не загустеет. В полученную субстанцию также для красоты можно добавить пищевой краситель. После того как масса станет однородной и загустеет, необходимо снять ее с плиты и поставить остужаться. Когда дети вдоволь наиграются с тем, что получилось, сладкое вещество с удивительными свойствами можно будет съесть.


С этим читают