Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Учеными объяснено странное поведение неньютоновских жидкостей

Учеными объяснено странное поведение неньютоновских жидкостей
Ученым из Университета в Чикаго удалось впервые создать правдоподобную модель, описывающую природу так называемых неньютоновских жидкостей, сильно отличающихся по своему поведению при внешних воздействиях от обычных жидкостей.


Зыбучий песок, также как и разные виды так называемых неньютоновских жидкостей, обладает свойствами, характерными как для твердых объектов, так и для обыкновенных жидкостей. Неньютоновские жидкости состоят из мелких частиц, распределенных в жидкости, причем внешне могут напоминать твердые субстанции или гель. В Английском языке, впрочем, такие жидкости принято обозначать как “fluids”, тогда как обыкновенные жидкие вещества названы привычным словом “liquids”. 

Зыбучие пески - известный с давних пор пример неньютоновских жидкостей

Зыбучие пески опасны тем, что они могут засасывать в себя все, что в них попадает. Стань на такой песок - и начнешь тонуть в нем, но если же быстро ударить по зыбучему песку, то он сразу же затвердеет. Ранее такое его поведение объясняли наличием герметизирующей стенки, не дающей жидкости растекаться, или эффектом увеличения частиц под давлением. Однако, последние экспериментальные исследования, похоже, опровергают эти предположения, и, возможно, приведут к появлению новых объяснений свойств неньютоновских жидкостей.

Примечание.  Обычная ньютоновская жидкая субстанция (названная в честь Исаака Ньютона) всегда проявляет свойства жидкости, какие бы внешние силы к ней не прикладывали. Вода является типичным примером: она не уплотняется и не становится более вязкой, а если погрузить в нее палку, на противоположной поверхности не образуется дыра. Неньютоновские жидкости ведут себя совершенно по-другому, а их реакция зависит от характера внешнего воздействия. Их вязкость – снижение текучести – может резко меняться в разных условиях, к тому же, имеет значение и тип взвеси, в чем мог убедиться каждый, кто пробовал приготовить пудинг с нуля.

Скотт Вайтукайтис (Scott R. Waitukaitis) и Генрих Йегер (Heinrich M. Jaeger) из Университета в Чикаго создали из воды и кукурузной муки субстанцию, подобную зыбучему песку, назвав ее «ооблек» (“oobleck”). В ходе экспериментов они ударяли по образцам субстанции алюминиевым стрежнем и измеряли положение, скорость и ускорение стрежня при его взаимодействии с «ооблеком». На основании измерений было установлено, что затвердевание субстанции происходит от внутреннего сжатия и давления, распространяющегося по «ооблеку» от точки удара. Используя в своем исследовании огромное количество субстанции (25 литров), ученые показали, что необычные эффекты, проявляющиеся себя в неньютоновских жидкостях, не зависят от размера контейнера, а следовательно, и само наличие удерживающих стен не является важным фактором.

При помощи рентгеновской съемки, исследователи зарегистрировали образование твердых цилиндрических образований под местами ударов. Тщательно проанализировав эти данные, авторы предложили простую модель, описывающую столкновения, которая оказалась очень схожа с моделями, рассматривающими падение объектов в обычные жидкости, но в то же время демонстрирует совершенно другие объекты.

Для проведения эксперимента ученые устанавливали алюминиевый стержень на специальные направляющие рельсы, чтобы быть уверенными в его движении строго вдоль одной оси. В некоторых случаях они либо роняли стержень (что можно назвать свободным падением), либо использовали начальное ускорение для увеличения скорости стержня, на котором был закреплен акселерометр. Весь процесс записывался на видео камерой, предназначающейся для высокоскоростной съемки, что позволяло исследователям точно измерять положение в любой момент времени, скорость и ускорение.

Частицы кукурузной муки в «ооблеке» имеют неправильную форму и варьируются в размере от 5 до 20 микрон, что типично для зыбучего песка или других неньютоновских жидкостей. Кроме того, суспензия содержала особые, хорошо различимые на рентгеновских снимках микрогранулы, благодаря присутствию которых и отслеживались все перемещения групп частиц субстанции. Авторы поместили сенсор, определяющий силу удара, прямо под стержнем на дне контейнера, чтобы выяснить, как ударная волна распространяется внутри взвеси. Также они использовали лазер для изучения изменений формы поверхности при ударе.

 

На снимке видна реакция смеси на удар, показывающая "твердотельную" природу неньютоновской жидкости

 

Чтобы измерить влияние размера контейнера на поведение субстанции, исследователи проводили эксперименты в контейнерах глубиной от 8.5 до 20.5 сантиметров. Однако, было установлено, что стержень всегда быстро замедлял свое движение в определенный момент после соударения со взвесью вне зависимости от глубины.

Рентгеновская съемка также показала, что частицы взвеси, находившиеся непосредственно под местом удара, не перемещались заметно в стороны от столкновения. Наоборот, они формировали нечто, похожее на цилиндр, действующий как второй стержень внутри суспензии. Это образование было окружено конусообразной областью, в которой взвесь продвигалась вверх и в стороны в ответ на удар, слегка приподнимая поверхность вокруг места столкновения. А по прошествии некоторого времени цилиндр «таял», возвращая субстанцию в ее первоначальное квази-жидкое состояние.

Изучив полученные данные, исследователи создали модель суспензии, учитывающую размеры твердого цилиндрического образования и конусообразной области вокруг него. Выявленные сходства с моделями поведения стандартных жидкостей и перемещения масс вещества внутри них указывают на гибридную природу суспензий. Это также противоречит обычному подходу к физике неньютоновских жидкостей, согласно которому важную роль играют стены контейнера, а частицы, вместо того чтобы сформировать цилиндрический объект, должны просто «разбегаться» в стороны.

Общая картина процесса теперь становится понятнее: энергия удара, перемещаясь по прямой вниз и сталкиваясь с дном, возвращается вверх и образует второй «стержень». А что касается размеров и формы частиц взвеси, авторы исследования заявляют, что их модель применима к другим суспензиям и в тех случаях, если параметры гранул в субстанции будут совпадать.

-----------

Если вы дорожите своей репутацией, хотите, чтобы ваше кафе или ресторан посещали как можно больше посетителей, вам стоит позаботиться о приобретении профессионального оборудования для вашей кухни. Все самое необходимое можно приобрести на сайте https://prof-oborud.com.ua. Холодильное оборудование, электромеханическое оборудование, барное оборудование. Широкий выбор, высокое качество от мировых производителей.

Комментарии:

German Krutov
German Krutov 19.02.17 19:02
Неньютоновская жидкость: при малейшем давлении на неё, превращается в камень. Изготовить эту жидкость просто: просто смешайте крахмал и воду в равных пропорциях. А если... постараться забить в неё гвоздь, кто победит? Смотрите результат в видео: https://www.youtube.com/watch?v=Cy4q7bSd4iw
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
1
Может ли жизнь пережить смерть звезды?

Может ли жизнь пережить смерть звезды?

Когда умирают звезды, похожие на наше Солнце, все, что остается, - это ядро ??- белый карлик. По мнению исследователей Корнельского университета, планета, вращающаяся вокруг белого карлика, дает многообещающую возможность определить, сможет ли жизнь пережить смерть своей звезды.

В исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, они показывают, как будущий космический телескоп НАСА Джеймс Уэбб сможет находить признаки жизни на землеподобных планетах, вращающихся вокруг белых карликов. Планета, вращающаяся вокруг маленькой звезды, производит сильные атмосферные сигналы, когда проходит впереди или мимо своей звезды. Белые карлики доводят это до крайности: они ...
17.09.20 18:49
0
0
Ученые создали космическую периодическую таблицу

Ученые создали космическую периодическую таблицу

Новый анализ эволюции галактик показывает, что столкновения нейтронных звезд не создают того количества химических элементов, которое предполагалось. Исследование также показывает, что современные модели не могут объяснить имеющееся количество золота в космосе, что создает астрономическую тайну.

В ходе работы была создана Периодическая таблица нового вида, показывающая звездное происхождение природных элементов от углерода до урана. Весь водород во Вселенной, включая каждую его молекулу на Земле, был создан в результате Большого взрыва, который также произвел много гелия и лития, но не более того. Остальные естественные элементы создаются ядерными процессами, происходящими внутри звезд. ...
16.09.20 17:30
0
2
Теплый Юпитер вращается вокруг прохладной звезды

Теплый Юпитер вращается вокруг прохладной звезды

Планета, пересекающая или проходящая мимо небольшой звезды, сравнима размерами с Юпитером.

Хотя уже были обнаружены сотни таких планет, вращающихся вокруг более крупных звезд, похожих на Солнце, редко можно увидеть крупные планеты, вращающиеся вокруг маломассивных звезд, и это открытие может помочь астрономам лучше понять формирование планет-гигантов. «Это только пятая из наблюдаемых планет размером с Юпитер, проходящая транзитом через маломассивную звезду, и первая планета с таким дли...
15.09.20 10:53
0
3
SpaceX SN8 взлетит на 18 км на следующей неделе

SpaceX SN8 взлетит на 18 км на следующей неделе

С помощью Twitter Илон Маск, глава SpaceX, объявил, что ракета SN8 компании совершит испытательный полет на следующей неделе.

План состоит в том, чтобы ракета взлетела на высоту 60 000 футов (18 300 метров), а затем вернулась на Землю при управляемой посадке. SN8 - один из линейки космических кораблей SpaceX, являющихся предшественниками аппаратов для полетов на Луну и Марс. SN5 и SN6 недавно завершили испытания высотой 500 футов каждый, которые компания называет короткими прыжками, прежде чем вернуться на Землю. Они до...
15.09.20 10:18
0
0
Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация наносит вред как тканям, так и материалам. Но инженеры из Массачусетского технологического института крайне удивились, обнаружив, что она может помочь некоторым сплавам восстановиться, продлив срок их полезного использования.

Это поможет в проектировании будущих электростанций. Известно, что в ядерных реакторах радиация ускоряет коррозию большинства материалов, что приводит к возможному выходу из строя и вероятным катастрофическим последствиям. Поэтому в новом исследовании ученые из MIT и Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли намеревались определить, насколько вредна коррозия при разных уровнях радиации. Но их...
10.07.20 18:40
0
9
Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Человеческий глаз - невероятно сложный орган, поэтому неудивительно, что его нелегко реконструировать.

Исследователи представили первый в мире искусственный 3D глаз, который не только превосходит другие устройства, но и способен видеть лучше оригинала. Бионические глаза появляются как способ восстановить зрение людям, потерявшим его, и даже тем, у кого его никогда не было. В настоящее время наиболее продвинутыми являются версии таких компаний, как Bionic Vision Australia и Second Sight, которые уж...
11.06.20 18:35
0
7
Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Тенденции в развитии энергетики, особенно в кризисные времена, когда бесперебойное энергоснабжение является непременным условием выживания, а также в связи с планами ЕС по постепенному отказу от ископаемого топлива в период до 2050 года подразумевают перевод энергетики на генерацию без выбросов СО2 в атмосферу.

И ставят вопрос о разработке способов генерации электроэнергии, не связанных с традиционной энергетикой и базирующейся на использовании новейших материалов.В настоящее время многие научные исследования в той или иной мере связаны с возможностью преобразования падающего на Землю потока солнечных частиц. Данное направление работ является очень перспективным в связи с  появлением новых мате...
15.04.20 18:35
0
6
Новый метод сделает краски из графена

Новый метод сделает краски из графена

Графен универсален, но есть одна проблема – он не диспергирует в воде. Но швейцарские исследователи нашли относительно простой способ сделать это.

Оксид графена - это другая форма материала, которая может обеспечить стабильную дисперсию в воде, а затем может быть использована в качестве графеновой краски. Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, расположенный в виде шестиугольника. Этот обманчиво простой материал обладает рядом полезных свойств - он невероятно легкий, тонкий и гибкий, но при этом прочный. Он отличный провод...
09.04.20 19:23
0