Poți, chiar dacă mergi pe stradă sau pe apartament. Indiferent de forța care acționează asupra apei, untului sau laptelui, acestea își vor păstra în continuare starea lichidă, fie că este vorba de amestecare, turnare sau alt impact fizic.

Un alt lucru sunt fluidele non-newtoniene. Particularitatea lor constă în faptul că proprietățile fluidului lor fluctuează în funcție de viteza curentului său. Un fluid non-newtonian este ușor de făcut prin amestecarea apei cu amidonul comestibil de cartofi/porumb.

Surse:

• fluid non-newtonian cum se face

Lichidele obișnuite se răspândesc, se revarsă și sunt ușor permeabile. Dar există substanțe care pot sta în picioare și chiar pot susține greutatea unei persoane. Se numesc fluide non-newtoniene.

Există emulsii a căror vâscozitate este variabilă și depinde de viteza de deformare. Au fost dezvoltate multe suspensii cu proprietăți care contrazic legile hidraulicei. Utilizarea lor a devenit larg răspândită în industria chimică, de prelucrare, petrol și alte ramuri ale industriei moderne.

Acestea includ nămol de canalizare, pasta de dinți, săpun lichid, fluide de foraj etc. De obicei, aceste amestecuri sunt eterogene. Conțin molecule mari capabile să formeze structuri spațiale complexe. Excepție fac cele preparate pe bază de amidon de cartofi sau de porumb.

Realizarea unui fluid non-newtonian acasă

Este necesară apă pentru a crea o emulsie. De obicei ingredientele sunt folosite în părți egale, dar uneori raportul este de 1:3 în favoarea apei. După amestecare, se obține un lichid care seamănă cu jeleul ca consistență și are caracteristici interesante.

Dacă puneți încet un obiect într-un recipient cu o emulsie, rezultatul va fi similar cu scufundarea obiectului în vopsea. Legănând bine și lovind amestecul cu pumnul, se pot observa modificări ale proprietăților sale. Mâna va sări ca și cum ar lovi o substanță solidă.

Emulsia turnată de la mare înălțime, în contact cu suprafața, se acumulează în bulgări. La începutul jetului, acesta va curge ca un lichid obișnuit. Un alt experiment este să bagi încet mâna în compoziție și să strângi puternic degetele. Între ele se formează un strat solid.

Puteți pune peria până la încheietura mâinii în suspensie și încercați să o scoateți brusc. Există șanse mari ca recipientul de emulsie să se ridice cu mâna ta.

Utilizarea caracteristicilor unui fluid non-newtonian pentru a crea un slime

Primul a fost creat în 1976. A câștigat o popularitate imensă datorită proprietăților sale neobișnuite. Slime era atât elastic, cât și fluid și avea capacitatea de a se transforma în mod constant. Astfel de calități au făcut ca cererea pentru jucărie să fie colosală și în rândul adulților.

Nisipuri mișcătoare - fluid deșertic non-newtonian

Au proprietățile corpurilor solide și lichide peste noapte datorită configurației neobișnuite a granulelor de nisip. Curgerea apei sub nisipurile mișcătoare formează un strat liber de grăunte de nisip până când masa unui călător care a rătăcit până la fund prăbușește structura.

Nisipul este redistribuit și începe să sugă persoana. Încercările de a ieși pe cont propriu duc la rarefierea aerului, cu o forță titanică trăgând picioarele înapoi. Forța necesară pentru eliberarea membrelor în acest caz este comparabilă cu greutatea mașinii.

Densitatea nisipurilor mișcătoare este mai mare decât densitatea apelor subterane. Dar nu poți înota în ele. Datorită umidității crescute, boabele de nisip formează o substanță vâscoasă.

Orice încercare de mișcare provoacă o reacție puternică. Masa de nisip care se mișcă cu o viteză mică nu are timp să umple cavitatea care se formează în spatele obiectului deplasat. Se creează un vid. Ca răspuns la mișcările bruște, suspensia se întărește. Mișcarea în nisipuri mișcătoare este posibilă numai dacă se efectuează foarte ușor și încet.

Un fluid newtonian este orice fluid care are o vâscozitate constantă, independent de solicitarea externă care i se aplică. Un exemplu este apa. Pentru fluidele non-newtoniene, vâscozitatea se va modifica și depinde direct de viteza de mișcare.

Ce sunt fluidele newtoniene?

Exemple de fluide newtoniene sunt suspensiile, gelurile și coloizii. Principala caracteristică a unor astfel de substanțe este că vâscozitatea acestora este o constantă și nu se modifică în raport cu viteza de deformare.

Rata de deformare este stresul relativ pe care un fluid îl dezvoltă pe măsură ce se mișcă. Majoritatea fluidelor sunt newtoniene și li se aplică ecuațiile lui Bernoulli pentru curgeri laminare și turbulente.

Rata de deformare

Fluidele sensibile la forfecare sunt mai fluide. Viteza de forfecare sau decalajul dintre substanță și pereții vasului, de regulă, nu afectează foarte mult acest parametru și poate fi neglijat. Valoarea vitezei de deformare este cunoscută pentru toate materialele și este o valoare tabelară.

În unele cazuri, însă, se poate schimba. De exemplu, dacă lichidul este o emulsie care se aplică pe filmul fotografic, atunci chiar și ușoarele imperfecțiuni pot duce la apariția unor pete și produsul final nu va avea calitățile dorite.

Diverse lichide și vâscozitățile acestora

În fluidele newtoniene, vâscozitatea este independentă de viteza de forfecare. Cu toate acestea, pentru unele dintre ele, vâscozitatea variază în timp. Acest lucru se manifestă printr-o schimbare a presiunii într-un rezervor sau conductă. Astfel de lichide sunt numite dilatante sau tixotrope.

Pentru fluidele latente, efortul de forfecare crește întotdeauna, deoarece vâscozitatea lor și creșterea vitezei de forfecare sunt interdependente. Pentru lichidele tixotrope, acești parametri se pot schimba aleatoriu. Viteza de deformare nu poate crește rapid odată cu scăderea vâscozității. Prin urmare, viteza de mișcare a particulelor de materie poate crește, scădea sau rămâne aceeași. Totul depinde de tipul de lichid. Cu toate acestea, rata de deformare tinde să scadă. Înseamnă că

Pentru majoritatea lichidelor (apă, compuși organici cu greutate moleculară mică, soluții adevărate, metale topite și sărurile acestora), coeficientul de vâscozitate depinde doar de natura lichidului și de temperatură. Astfel de lichide se numesc Newtonian iar forțele de frecare internă care apar în ele respectă legea lui Newton (formula 11).

Pentru unele lichide, predominant cu greutate moleculară mare (de exemplu, soluții de polimeri) sau reprezentând sisteme de dispersie (suspensii și emulsii),  depinde si de regimul de curgere - presiuneși gradient de viteză. Odată cu creșterea lor, vâscozitatea lichidului scade din cauza încălcării structurii interne a fluxului de lichid. Vâscozitatea lor este caracterizată de așa-numitul coeficient de vâscozitate condiționat, care se referă la anumite condiții de curgere a fluidului (presiune, viteză). Astfel de lichide se numesc vâscos din punct de vedere structural sau non-newtonian.

1.4. Curgerea unui fluid vâscos. Formula Poiseuille.

Fiind angajat în studiul circulației sângelui, medicul și fizicianul francez Poiseuille a ajuns la necesitatea unei descrieri cantitative a proceselor de curgere a unui fluid vâscos în general. Tiparele stabilite de el pentru acest caz sunt importante pentru înțelegerea esenței fenomenelor hemodinamice și a descrierii lor cantitative.

Poiseuille a stabilit că vâscozitatea unui lichid poate fi determinată din volumul de lichid care curge printr-un tub capilar. Această metodă este aplicabilă numai în cazul fluxului de fluid laminar.

Lăsați la capetele unui tub capilar vertical cu o lungime l si raza R a creat o diferență de presiune constantă р. Să evidențiem o coloană de lichid în interiorul capilarului cu o rază r si inaltime h. Forța de frecare internă acționează pe suprafața laterală a acestei stâlpi:

Orez. 6 Schema de derivare a formulei Poiseuille.

În cazul în care un R 1 și R 2 - presiunea pe secțiunile superioare și respectiv inferioare, atunci forțele de presiune pe aceste secțiuni vor fi egale:

F 1 = p 1  r 2 și F 2 = p 2  r 2 .

Forța gravitației este F greu = mgh=  r 2 gl.

Cu un flux constant de fluid, conform celei de-a doua legi a lui Newton:

F tr + F presiune + F greu =0,

Dat fiind (R 1 -R 2 ) = R,dv este egal cu:

Integram:

Constanta integrării o găsim din condiția că la r= R viteză v=0 (straturile adiacente direct conductei sunt imobile):

Viteza particulelor de fluid în funcție de distanța de la axă este:

Volumul de lichid care curge printr-o anumită secțiune a tubului în spațiul dintre suprafețele cilindrice cu raze rși r+ dr pe parcursul t, este determinat de formula dV=2  rdrvt sau:

Volumul total de lichid care curge prin secțiunea transversală a capilarului în timpul t:

(19)

În cazul în care neglijăm forța de gravitație a lichidului (capilar orizontal), volumul de lichid care curge prin secțiunea transversală a capilarului este exprimat prin formula Poiseuille:

(20)

Formula 20 poate fi transformată: împărțim ambele părți ale acestei expresii la timpul de expirare t. În stânga, obținem debitul volumetric al lichidului Q (volumul de lichid care curge prin secțiune pe unitatea de timp). valoarea 8  l/ 8  R 4 notează prin X.. Atunci formula 20 ia forma:

(21)

Într-o astfel de înregistrare, formula Poiseuille (se mai numește și ecuația Hagen-Poiseuille) este similară cu legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit electric.

Se poate face o analogie între legile hidrodinamicii și legile curgerii curentului electric prin circuitele electrice. Debitul volumetric al lichidului Q este un analog hidrodinamic al puterii curentului electric eu. Analog hidrodinamic al diferenței de potențial  1 -  2 este diferența de presiune R 1 - R 2 . Legea lui Ohm eu =( 1 -  2 )/R are ca analog hidrodinamic formula 20. Cantitatea X reprezintă rezistenta hidraulica - analog de rezistență electrică R.

Teoria elasticității
Tensori de stres Solide Elasticitate Plasticitate Legea lui Hooke Reologie Viscoelasticitate

Hidrodinamică
Fluide Hidrostatică Hidrodinamică Vâscozitate fluid newtonian· Fluid non-newtonian · Tensiune superficială

Ecuații de bază
Ecuație de continuitate Ecuație Euler Ecuații Navier-Stokes Ecuație vortex Ecuație de difuzie Legea lui Hooke

Vezi si: Portal: Fizica

fluid newtonian(numit după Isaac Newton) este un fluid vâscos, care respectă legea lui Newton a frecării vâscoase în curgerea sa, adică stresul tangenţial şi gradientul de viteză într-un astfel de fluid sunt dependente liniar. Factorul de proporționalitate dintre aceste cantități este cunoscut sub numele de vâscozitate.

Definiție

O ecuație simplă care descrie forțele vâscoase dintr-un fluid newtonian, care determină în mare măsură comportamentul acestuia, se bazează pe curgerea forfecare:

$\backslash tau=\backslash mu\backslash frac(\backslash partial\; u)(\backslash partial\; y)$,

• $\backslash tau$- efort de forfecare cauzat de lichid, Pa;
• $\backslash mu$- coeficientul dinamic de vâscozitate - coeficientul de proporționalitate, Pa s;
• $\backslash frac(\backslash partial\; u)(\backslash partial\; y)$ este derivata vitezei pe direcția perpendiculară pe direcția de forfecare, s −1 .

Această ecuație este de obicei utilizată atunci când un lichid curge într-o singură direcție, când vectorul viteză a curgerii poate fi considerat co-direcțional (paralel) în toate punctele volumului considerat de lichid.

Din definiție, în special, rezultă că fluidul newtonian continuă să curgă chiar dacă forțele externe sunt foarte mici, atâta timp cât nu sunt strict zero. Pentru un fluid newtonian, vâscozitatea, prin definiție, depinde numai de temperatură și presiune (și, de asemenea, de compoziția chimică dacă fluidul nu este pur) și nu depinde de forțele care acționează asupra acestuia. Un fluid newtonian tipic este apa.

• $\backslash tau\_(ij)$- efort de forfecare $i$ fata a elementului fluid in $j$-a direcție;
• $u\_i$- viteza de intrare $i$-a direcție;
• $x\_j$ - $j$-a coordonata de direcție.

Dacă un fluid nu respectă aceste relații (vâscozitatea variază în funcție de debitul fluidului), atunci se numește fluid non-newtonian în contrast: soluții polimerice, un număr de suspensii solide și majoritatea fluidelor foarte vâscoase.

Scrieți o recenzie la articolul „Lichidul newtonian”

Note

Vezi si

Un fragment care caracterizează fluidul newtonian

Miloradovici și-a întors brusc calul și a rămas oarecum în spatele suveranului. Abseronienii, încântați de prezența suveranului, bătându-și viteji, bătându-și din picioare, trecură pe lângă împărați și pe alai lor.
- Baieti! - a strigat Miloradovici cu o voce tare, încrezătoare în sine și veselă, aparent încântat într-o asemenea măsură de sunetele împușcăturilor, așteptarea bătăliei și vederea pe bunii oameni din Apsheron, încă tovarășii lor Suvorov, trecând cu viteză pe lângă împărați, că a uitat de prezența suveranului. - Băieți, nu luați primul sat! el a strigat.
- Mă bucur să încerc! au strigat soldaţii.
Calul suveranului s-a ferit de un strigăt neașteptat. Acest cal, care îl purtase pe suveran la recenzii din Rusia, aici, pe Câmpul Austerlitz, și-a purtat călărețul, rezistând loviturilor sale împrăștiate cu piciorul stâng, i-a alertat urechile de sunetele împușcăturilor, așa cum a făcut-o ea pe Câmpul lui Marte, neînțelegând sensul acestor împușcături auzite, nici vecinătatea armăsarului negru al împăratului Franz, nici tot ceea ce a spus cel care a călărit pe el, a simțit în acea zi.
Suveranul s-a întors cu un zâmbet către unul din anturajul său, arătând spre tovarășii Absheron și i-a spus ceva.

Kutuzov, însoțit de adjutanții săi, călărea într-un pas în spatele carabinierilor.
După ce a parcurs o jumătate de verstă la coada coloanei, s-a oprit la o casă singuratică părăsită (probabil o fostă crâșmă) lângă bifurcația a două drumuri. Ambele drumuri au coborât la vale, iar trupele au mărșăluit de-a lungul ambelor.
Ceața a început să se împrăștie și la nesfârșit, la o distanță de două verste, trupele inamice se vedeau deja pe dealurile opuse. În stânga dedesubt, împușcătura a devenit mai audibilă. Kutuzov a încetat să mai vorbească cu generalul austriac. Prințul Andrei, stând oarecum în urmă, se uită la ei și, vrând să-i ceară adjutantului un telescop, se întoarse spre el.
„Uite, uite”, a spus acest adjutant, uitându-se nu la armata îndepărtată, ci în josul muntelui din fața lui. - Sunt francezi!
Doi generali și adjutanți au început să apuce țeava, trăgând-o unul de celălalt. Toate fețele s-au schimbat brusc și groază s-a exprimat asupra tuturor. Francezii trebuiau să fie la două mile de noi, dar au apărut brusc, pe neașteptate în fața noastră.
- Acesta este un inamic?... Nu!... Da, uite, el... probabil... Ce este asta? s-au auzit voci.
Prințul Andrei văzu cu un ochi simplu o coloană densă de francezi ridicându-se la dreapta către apsheronieni, la nu mai mult de cinci sute de pași de locul unde stătea Kutuzov.
„Iată, a venit momentul decisiv! Mi-a venit ”, s-a gândit prințul Andrei și, lovindu-și calul, s-a dus la Kutuzov. „Trebuie să-i oprim pe apsheronieni”, a strigat el, „excelența voastră!” Dar, în același moment, totul era acoperit de fum, s-au auzit împușcături de aproape, iar o voce naiv înspăimântată, la doi pași de prințul Andrei, a strigat: „Ei, fraților, Sabatul!”. Și de parcă această voce ar fi o comandă. La această voce, totul s-a grăbit să fugă.
Mulțimile amestecate, din ce în ce mai mari, au fugit înapoi în locul unde în urmă cu cinci minute trupele au trecut pe lângă împărați. Nu numai că a fost greu să oprești această mulțime, dar a fost imposibil să nu te întorci împreună cu mulțimea.

ÎNTREBARE: Ce este un fluid non-newtonian? Cum să-l faci acasă?
RĂSPUNS: fluid non-newtonian numit fluid care își modifică vâscozitatea în funcție de gradientul de viteză. Este format din molecule mari care formează structuri spațiale complexe neomogene. Aceasta înseamnă că cu cât loviți mai repede ( aplica o forta externa) pe suprafața unui fluid non-newtonian, cu atât vascozitatea acestuia devine mai mare.

Dacă vă scufundați încet degetele într-un fluid non-newtonian, acesta va fi în continuare la fel de lichid ca apa obișnuită, fără a crea niciun obstacol pentru mână. Dar dacă încerci să lovești cu toată puterea suprafața unui fluid non-newtonian, atunci vei fi cel puțin surprins, deoarece suprafața lui se va transforma instantaneu într-o masă elastică care nu va permite mâinii tale să se scufunde în interiorul ei!

Cum să faci acasă

Rețeta este destul de simplă și ieftină: mergeți la magazin și cumpărați amidon obișnuit, orice va face - cartofi sau porumb. Apoi amestecați-l cu apă într-un raport de 2:1. Gata, fluidul non-newtonian este gata! Acum puteți experimenta acasă.

Se pare că copiii moderni nu mai sunt surprinși de nimic. Gadget-uri noi, jucăriile cu multe funcții diferă de cele pe care le aveau părinții lor în copilărie, ca o barcă modernă dintr-o barcă de lemn.

Dar, recent, părinții acordă din ce în ce mai multă atenție la ceea ce oferă cutare sau cutare joc în ceea ce privește dezvoltarea. Unele dintre ele vă permit să explorați lumea, dezvoltând copiii mental și fizic.

Și dacă, în plus, un astfel de joc poate fi realizat independent cu participarea unui copil, atunci acesta este un plus imens. Pe Internet, puteți găsi multe astfel de jucării. Unul dintre cele mai simple și mai interesante este așa-numitul fluid non-newtonian. Deci, cum să faci un fluid non-newtonian acasă și ce este necesar pentru asta?

Ce este un fluid non-newtonian

Înainte de a trece la răspunsul la întrebarea: „Cum să faci un fluid non-newtonian acasă cu propriile mâini?” - Nu va fi de prisos să înțelegeți ce este și cum funcționează.

Un fluid non-newtonian este un fel de substanță care se comportă diferit la viteze diferite de acțiune mecanică asupra acestuia. Dacă viteza de influență externă asupra acesteia este mică, atunci prezintă semne de lichid obișnuit. Și dacă se acționează asupra ei cu o viteză mai mare, atunci este similar în trăsături cu un corp solid.

Avantajele unui astfel de joc distractiv includ:

• Posibilitate și ușurință de auto-producție.
• Cost redus și disponibilitatea ingredientelor.
• Oportunități educaționale pentru copii.
• Ecologic (spre deosebire de unele jocuri din plastic, nu conține substanțe nocive și știi din timp compoziția).

Divertisment și educație

Ce poate fi mai bun decât să faci ceva interesant și neobișnuit cu copilul tău? Mai mult, această lecție va fi cu adevărat utilă nu numai pentru copii, ci și pentru adulți. Simplitatea modului de a face un fluid non-newtonian acasă vă permite să creați divertisment interesant în doar câteva minute. Rezultatul este un joc care va captiva întreaga familie. În plus, dezvoltă abilitățile motorii mâinii la copii.

Dacă îl lovești repede, atunci se va comporta ca un corp solid și îi vei simți elasticitatea. Dacă cobori încet mâna în ea, atunci nu va întâlni niciun obstacol și va avea sentimentul că este apă.

O altă latură pozitivă este dezvoltarea imaginației. Cu diferite tipuri de impact asupra lichidului, acesta se comportă foarte interesant. Dacă un recipient cu acesta este plasat pe o suprafață vibrantă sau pur și simplu agitat rapid, atunci începe să capete forme foarte neobișnuite.

Nu uitați de beneficiile educaționale. Un astfel de lichid permite în practică să studieze cele mai simple fundamente ale fizicii - proprietățile unui corp solid și lichid.

Cum să faci un fluid non-newtonian acasă: două moduri

Compoziția amestecului îi afectează direct proprietățile. Astfel, ar trebui să știi cum să faci acasă un fluid non-newtonian. Rețeta este foarte simplă. Are doar două ingrediente principale - apă și amidon. Ultimul ingredient poate fi fie porumb, fie cartofi. Apa trebuie să fie rece. Totul este bine amestecat. Totul este gata!

Pentru o stare mai lichidă a amestecului, proporția de apă și amidon este luată 1: 1. Pentru mai greu - 1:2. Dacă doriți, puteți adăuga colorant alimentar, apoi amestecul va fi strălucitor.

Și cum să faci acasă un lichid non-newtonian fără amidon? Această rețetă este puțin mai complicată, dar la fel de eficientă ca și precedenta. În primul rând, apa și lipiciul obișnuit PVA sunt amestecate în proporții de 0,75: 1. Separat, apa este combinată cu o cantitate mică de borax. După aceea, ambele compoziții sunt amestecate și bine amestecate.

Ambele metode produc un fluid non-newtonian, dar prima este mult mai simplă și cea mai populară.

Mai multa apa si amidon...

Știind să faci acasă un lichid non-newtonian, poți, prin creșterea proporțiilor, să faci o cantitate suficientă dintr-un astfel de amestec și să-l umpli, de exemplu, cu o piscină mică pentru copii. O adâncime de 15-25 de centimetri va fi suficientă. Apoi poți sări, fugi, dansa pe suprafața acestui lichid fără a cădea. Dar dacă te oprești, te arunci imediat în ea. Acesta este un divertisment excelent pentru adulți și copii.

În Malaezia, o întreagă piscină a fost inundată cu lichid non-newtonian. Acest loc a devenit imediat foarte popular. Oameni de toate vârstele se bucură de timpul lor acolo.