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
Новые свидетельства намекают на вулканическую активность внутри Венеры

Новые свидетельства намекают на вулканическую активность внутри Венеры

Международная группа исследователей нашла доказательства, свидетельствующие о возможной вулканической активности Идунн Монс на Венере. Ученые описывают найденные доказательства, но и отмечают, что их теории не могут быть подтверждены, пока новый космический корабль не будет отправлен на Венеру.

Предыдущие исследования показали, что Венера - негостеприимное место. Размером примерно с Землю, у неё очень плотная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, заполненная облаками серной кислоты. На планете экстремальное атмосферное давление и очень высокая температура. Средняя температура поверхности 464 градуса по Цельсию. Предыдущие исследования также намекали на возможность широкома...
03.12.21 11:29
0
-1
Астрономы наблюдают новый тип двойной звезды, существование которой предсказывали

Астрономы наблюдают новый тип двойной звезды, существование которой предсказывали

Исследователи Гарвард-Смитсоновского Центра астрофизики наблюдали новый тип двойной звезды, существование которой долгое время предполагалось. Открытие окончательно подтверждает, как формируется и эволюционирует редкий тип звезд во Вселенной.

Новый класс звезд, описанный в выпуске Ежемесячных уведомлений Королевского астрономического общества за этот месяц, был обнаружен Каримом Эль-Бадри с помощью телескопа Шейна в обсерватории Лик в Калифорнии и данных нескольких астрономических обзоров. «Мы наблюдали первое физическое доказательство новой популяции переходных двойных звезд», - говорит Эль-Бадри. «Это захватывающе. Это недостающее з...
02.12.21 12:09
0
1
VLT обнаружил пару сверхмассивных черных дыр

VLT обнаружил пару сверхмассивных черных дыр

Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской Южной Обсерватории, астрономы обнаружили пару сверхмассивных черных дыр, наиболее близких к Земле.

Эти объекты также находятся недалеко друг от друга в сравнении с любой другой ранее обнаруженной парой сверхмассивных черных дыр, и в конечном итоге сольются в одну гигантскую черную дыру. Фоггель с командой смогли определить массы двух объектов, наблюдая за тем, как гравитационное притяжение черных дыр влияет на движение звезд вокруг них. Было обнаружено, что большая черная дыра, расположенная п...
01.12.21 12:24
0
-1
Самая большая из наблюдавшихся комет была активна на рекордном расстоянии от Солнца

Самая большая из наблюдавшихся комет была активна на рекордном расстоянии от Солнца

Новое исследование, проведенное астрономами из Университета Мэриленда, показывает, что самая большая из обнаруженных комет Бернардинелли-Бернштейна была активна задолго до того, что считалось ранее, а это означает, что лед внутри нее испаряется и образует оболочку из пыли и пара, известную как кома. Только одна активная комета наблюдалась дальше от Солнца, и она была намного меньше кометы Бернардинелли-Бернштейна.

Это открытие поможет астрономам определить, из чего состоит комета Бернардинелли-Бернштейна, и даст представление об условиях во время формирования Солнечной системы. «Эти наблюдения увеличивают расстояния для активных комет намного дальше, чем нам было известно», - сказал Тони Фарнхэм, автор исследования. Ученые впервые обнаружили комету C/2014 UN271 Бернардинелли-Бернштейна в июне 2021 года с и...
30.11.21 11:19
1
0
Coca Cola выпускает бутылку из 100% пластика растительного происхождения

Coca Cola выпускает бутылку из 100% пластика растительного происхождения

Уже существуют некоторые многообещающие достижения в мире пластмасс на растительной основе, и не только благодаря исследовательским группам, работающим на переднем крае материаловедения, но и от традиционных поставщиков пластмасс на нефтяной основе, таких как Lego и Pepsi.

Последние шаги Coca Cola в этой области - это первая в истории бутылка, сделанная из 100% растительного пластика, произведенная с использованием технологий, которые, по ее словам, готовы к расширению. Недавно представленная бутылка на растительной основе появилась более чем через десять лет после того, как компания впервые представила свою PlantBottle, состоящую из перерабатываемого полиэтилентер...
25.10.21 13:39
0
1
Одежда OmniFiber записывает и воспроизводит модели дыхания

Одежда OmniFiber записывает и воспроизводит модели дыхания

Представьте себя певцом-любителем или спортсменом на тренировке и возможность «почувствовать», как дышит профессионал во время выступления. Это лишь одно из возможных применений нового «умного» волокна, которое также может найти применение в медицине.

Технология, известная как OmniFiber, разрабатывается учеными из Массачусетского технологического института, Уппсальского университета и Королевского технологического института Швеции. Она принимает форму недорогих растяжимых нитевидных волокон с внешней плетеной полимерной оболочкой, нижележащего слоя мягкого материала, который определяет растяжение или сжатие как изменение электрического сопроти...
17.10.21 13:24
0
1
Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Целлюлозные заводы производят значительное количество отходов, и ученые довольно творчески подходят к тому, как их можно использовать.

Последний пример исходит от исследователей Университета Британской Колумбии (UBC), которые использовали отходы целлюлозного завода в качестве наполнителя для цемента, который оказался более прочным и устойчивым. Отходы, лежащие в основе этого прорыва, известны как зола уноса целлюлозных заводов (PFA), которую целлюлозно-бумажная промышленность Северной Америки производит более миллиона тонн ежего...
11.04.21 16:09
0
2
Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Сейчас для создания устройства с высокой электропроводностью придется использовать твердые металлы. Но теперь ученые из Университета Карнеги-Меллона создали мягкий и гибкий материал, отвечающий всем требованиям.

Под руководством профессора Кармеля Маджиди исследователи начали с суспендирования чешуек серебра микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатном гидрогеле. Когда этот материал впоследствии был частично дегидратирован, чешуйки серебра сцепились друг с другом, образуя сети, проходящие через матрицу гидрогеля. Эти сети были не только очень электропроводными, но и могли противостоять механическ...
21.03.21 13:29
0