Kas ir neņūtona šķidrumi? Piemērus noteikti var atrast pat jūsu ledusskapī, taču plūstošās smiltis tiek uzskatītas par visredzamāko zinātniskā brīnuma piemēru - šķidras un cietas vienlaikus suspendēto (suspendēto) daļiņu dēļ.
Par viskozitāti
Sirs Īzaks Ņūtons apgalvoja, ka šķidruma viskozitāte jeb pretestība plūsmai ir atkarīga no temperatūras. Tā, piemēram, ūdens var pārvērsties ledū un otrādi tieši sildīšanas vai dzesēšanas elementu ietekmē. Tomēr dažas pasaulē esošās vielas maina viskozitāti spēka pielietošanas, nevis temperatūras izmaiņu dēļ. Interesanti, ka parasti lietotā tomātu mērce, kas, ilgstoši maisot, kļūst plānāka, tiek uzskatīta par neņūtona šķidrumu. Savukārt krējums putojot sabiezē. Temperatūra šīm vielām nav svarīga - neņūtona šķidrumu viskozitāte mainās fiziskas ietekmes dēļ.
Eksperiments
Tiem, kurus interesē lietišķā zinātne vai vienkārši vēlaslai pārsteigtu savus viesus un draugus ar neticami vienkāršu un tajā pašā laikā pārsteidzoši aizraujošu zinātnisku eksperimentu, ir izveidota īpaša koloidālās cietes šķīduma recepte. Īsts neņūtona šķidrums, kas gatavots burtiski no divām parastām kulinārijas sastāvdaļām, ar savu konsistenci pārsteigs gan skolēnus, gan studentus. Viss, kas jums nepieciešams, ir ciete un tīrs ūdens, un rezultāts ir unikāla viela, kas ir gan šķidra, gan cieta viela.
Recepte
- Ielejiet apmēram ceturtdaļu kukurūzas cietes paciņas tīrā bļodā un lēnām pievienojiet apmēram pusglāzi ūdens. Iejaukties. Dažreiz ir ērtāk sagatavot koloidālās cietes šķīdumu tieši ar rokām.
- Turpiniet pievienot cieti un ūdeni mazās porcijās, līdz iegūstat medum līdzīgu konsistenci. Tas ir nākotnes neņūtona šķidrums. Kā padarīt to viendabīgu, ja visi mēģinājumi vienmērīgi maisīt beidzas ar neveiksmi? Neuztraucies; vienkārši piešķiriet procesam vairāk laika. Rezultātā vienam kukurūzas cietes iepakojumam, visticamāk, vajadzēs vienu līdz divas glāzes ūdens. Lūdzu, ņemiet vērā, ka viela kļūst blīvāka, pievienojot tai vairāk pulvera.
- Ielejiet iegūto vielu pannā vai cepamajā traukā. Uzmanīgi apskatiet tā neparasto konsistenci, kad "cietais" šķidrums lej uz leju. Ar rādītājpirkstu maisa vielu pa apli – sākumā lēnām, tad arvien ātrākātrāk, līdz iegūstat pārsteidzošu neņūtona šķidrumu.
Eksperimenti
Gan zinātnisku zināšanu nolūkos, gan prieka pēc varat izmēģināt šādus eksperimentus:
- Bīdiet pirkstu pa izveidojušā tromba virsmu. Vai jūs kaut ko pamanījāt?
- Iegremdējiet visu roku noslēpumainajā vielā un mēģiniet to saspiest ar pirkstiem un izvilkt no konteinera.
- Mēģiniet ripināt vielu starp plaukstām, lai izveidotu bumbu.
- Varat pat ar plaukstu uzsist trombu no visa spēka. Klātesošie skatītāji, iespējams, izklīdīs malā, gaidot, ka tiks apsmidzināti ar cietes šķīdumu, taču neparastā viela traukā paliks. (Ja vien, protams, neesat saudzējis cieti.)
- Iespaidīgu eksperimentu piedāvā video emuāru autori. Viņam jums būs nepieciešama mūzikas kolonna, kas vairākās kārtās rūpīgi jāpārklāj ar biezu pārtikas plēvi. Ielejiet šķīdumu uz plēves un ieslēdziet mūziku lielā skaļumā. Jūs varēsiet izjust satriecošus vizuālos efektus, kas ir iespējami tikai ar šo unikālo savienojumu.
Ja veicat eksperimentu laboratorijā skolēnu vai studentu klātbūtnē, pajautājiet viņiem, kāpēc šķidrums, kas nav Ņūtona šķidrums, darbojas tā, kā tas darbojas. Kāpēc tas šķiet ciets, kad to saspiež rokā, bet plūst kā sīrups, kad pirksti ir nesaspiesti? Diskusijas beigās trombu var iesaiņot lielā plastmasas maisiņā ar rāvējslēdzēju, lai to saglabātu.līdz nākamajai reizei. Jums būs noderīgi demonstrēt balstiekārtas īpašības.
Vienības noslēpums
Kāpēc koloidālās cietes šķīdums dažos gadījumos darbojas kā cieta viela, bet citos kā šķidrums? Patiesībā jūs esat radījis īstu neņūtona šķidrumu - vielu, kas pārkāpj viskozitātes likumu.
Ņūtons uzskatīja, ka vielas viskozitāte mainās tikai temperatūras paaugstināšanās vai pazemināšanās dēļ. Piemēram, motoreļļa viegli plūst sildot un sabiezē, kad to atdzesē. Stingri sakot, neņūtona šķidrumi arī pakļaujas šim fiziskajam likumam, taču to viskozitāti var mainīt arī, pieliekot spēku vai spiedienu. Saspiežot rokā koloidālo trombu, tā blīvums ievērojami palielinās, un (pat ja īslaicīgi) šķiet, ka tas pārvēršas par cietu vielu. Atverot dūri, koloidālais šķīdums plūst kā parasts šķidrums.
Lietas, kas jāpatur prātā
Ironija ir tāda, ka cieti ar ūdeni sajaukt nav iespējams mūžīgi, jo eksperimenta rezultātā iegūst nevis viendabīgu vielu, bet gan suspensiju. Laika gaitā pulvera daļiņas atdalīsies no ūdens molekulām un plastmasas maisiņa apakšā veidos cietu gabalu. Tieši šī iemesla dēļ šāds neņūtona šķidrums acumirklī aizsprosto kanalizācijas caurules, ja to vienkārši paņem un izlej izlietnē. Nekādā gadījumā nelejiet to kanalizācijā - labāk iesaiņojiet to maisiņā un vienkārši iemetietatkritumu tekne.
