Попытайтесь повто­рить это дома: что такое неньюто­новская жидкость

Есть жидкости, которые в одних условиях могут быть жидкими и текучими, а в других — густыми и упругими.

Их называют неньютоновскими. Объясняем, что это такое, как сделать неньютоновскую жидкость в домашних условиях и какие эксперименты с ней можно провести.

Главное отличие жидкости от, например, твердого тела — то, что она текучая. У разных жидкостей разная густота — физики называют характеристику вязкостью. Она показывает, насколько легко жидкость течет, когда к ней прикладывают усилия. Например, вязкость меда выше, чем воды: мед из ложки вытекает гораздо медленнее.

У большинства жидкостей вязкость зависит только от температуры: при нагревании она уменьшается. Так, нагретое растительное масло становится более текучим. А при одной и той же температуре вязкость постоянна. Это явление открыл знаменитый физик Исаак Ньютон, поэтому такие жидкости называют ньютоновскими. К ним относятся, например, вода, масло и мед  .

Но у некоторых жидкостей вязкость зависит от того, как быстро к ним прикладывают силу. Например, перемешивают активно или медленно. И даже от того, как долго это делают. Такие жидкости называют неньютоновскими.

У разных типов неньютоновских жидкостей вязкость меняется по-разному. Вот некоторые основные типы.

🏃 Псевдопластичные жидкости становятся более текучими, если воздействовать на них быстро.

💪 Дилатантные жидкости как будто нарушают законы физики: они легко текут и ведут себя как типичная жидкость, если прикладывать силу медленно. Но попробуйте быстро размешать такую жидкость ложкой или ударить по ее поверхности — и она мгновенно загустеет.

💧 Тиксотропные жидкости реагируют на то, как долго на них воздействуют. Чем дольше размешивать такую жидкость, тем более текучей она будет. Через некоторое время после того, как ее перестают размешивать, она опять густеет.

💤 Реопексные жидкости противоположны тиксотропным: чем дольше на них воздействуют, тем больше они густеют. Так ведут себя взбитые сливки, типографская краска и некоторые смазки.

Возьмите глубокую и широкую миску и смешайте в ней 200 г крахмала и 100 мл воды. Можно брать и больше, но важно соблюсти соотношение 2:1. Для красоты можно добавить пищевой краситель.

Чтобы смесь не получилась слишком жидкой, лучше добавлять воду понемногу и постепенно размешивать ее. Когда масса будет готова, можно приступать к исследованиям.

Если быстро сжать массу в руках, она станет пластичной, полутвердой и похожей на пластилин. В таком состоянии она остается, пока ее разминают, и чем быстрее, тем тверже становится. Но как только воздействие прекращают, смесь превращается в жидкость и стекает с ладони.

Механизм такого поведения довольно сложный. Упрощенно можно сказать, что, когда на смесь воздействуют медленно, вода проникает между частицами крахмала, выполняя роль смазки. А когда быстро, вода не успевает перетекать, частицы сцепляются между собой и смесь затвердевает.

🍴 Со столовыми приборами. Возьмите ложку или вилку. Положите на смесь — предмет медленно погрузится в нее. Если же быстро ударить вилкой или ложкой по жидкости, она окажется почти твердой.

🧴 С бутылкой. Залейте крахмальную смесь в пластмассовую бутылку и переверните ее вертикально над пустой миской. Есть сжать бутылку слишком быстро, смесь затвердеет и не будет вытекать, а если сжимать медленно, будет плавно течь.

🔨 С защитой от ударов. Залейте смесь в полиэтиленовый пакет и завяжите его. Такая конструкция может послужить защитой от ударов: сверните пакет в трубку и поместите внутрь сырое яйцо.

Если слой жидкости в пакете будет достаточно толстым, при ударе, например, молотком яйцо останется целым. Только не экспериментируйте с собственными пальцами: все же это не настоящая защита.