Попытайтесь повто­рить это дома: что такое неньюто­новская жидкость

И как сделать ее с ребенком
1
Аватар автора

Татьяна Лютова

любит экспериментировать

Страница автора
Аватар автора

Дмитрий Мамонтов

разобрался, кто Ньютон, а кто нет

Страница автора

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.

Что такое ньютоновская и неньютоновская жидкость

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.

Поверхность неньютоновской жидкости легко выдерживает вес человека — но только если бежать достаточно быстро

Какие бывают неньютоновские жидкости и зачем они нужны

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

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

Если просто перевернуть стеклянную бутылку с кетчупом, он не вытечет. Чтобы он начал течь, нужно быстро встряхнуть бутылку.

Другие примеры псевдопластичных жидкостей — болото и зыбучие пески: иногда по ним можно осторожно и медленно пройти, но, если ускорить шаг, легко утонуть.

💪 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.

Свойство дилатантной жидкости используют в полноприводных автомобилях: когда передние колеса буксуют, лопатки перемешивают жидкость в специальной емкости — вискомуфте. Жидкость при этом густеет и начинает вращать задние колеса.

Еще пример — защитная спортивная экипировка. Материал D3O — мягкий гелеобразный полимер, который не мешает спортсмену двигаться. Но при быстрых ударах — например, когда спортсмен падает — полимер твердеет, превращаясь в жесткий панцирь, и защищает владельца от синяков и переломов.

Дилатантный неньютоновский гель D3O, из которого делают защитную спортивную экипировку, пластичен в руках, но твердеет при ударе

💧 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.

Пример тиксотропной жидкости — йогурт. А еще такие свойства есть у многих красок и строительных герметиков. Если их хорошо размешать, они становятся более текучими и наносить их на поверхность гораздо проще.

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

Как сделать неньютоновскую дилатантную жидкость дома

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.

Если разминать массу в руках, она напоминает пластилин
Если отпустить, превращается в жидкость и стекает с ладоней
1/2
Если разминать массу в руках, она напоминает пластилин

Какие эксперименты можно провести с неньютоновской жидкостью

🍴 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.

Эксперимент из научно-популярной передачи «Галилео». Ведущий рассказывает и наглядно показывает, как крахмальная смесь может твердеть при ударах

Материалы, которые помогут родителям сохранить бюджет и рассудок, — в нашем телеграм-канале @t_dety

Татьяна ЛютоваЭкспериментируете с детьми дома? Поделитесь опытом:
  • Елена ГлубкоЯ тут поняла, что дети позволяют мне еще глубже погрузиться в то, во что я не успела во время своего детства. Кажется, что дети — это классный предлог, чтобы перечитать книжки, которые тебе нравились, поиграть в настолки, помастерить и по-новому прожить детство, но уже в сознательном возрасте. В школе я была не слишком сильна в физике, а в декрете вдруг захотелось в ней получше разобраться. Очень удобно, что родились дети и мы с ними придумали эксперимент, который помог нам осмыслить третий закон Ньютона. Для эксперимента нужен воздушный шарик и кубики Лего. Даже сделали видео на память: https://www.youtube.com/watch?v=n0c8ADY8Oas6