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!
0
Китай заявил о крайне низком риске из-за неуправляемой ракеты

Китай заявил о крайне низком риске из-за неуправляемой ракеты

Китай сообщил в пятницу, что риск от ракеты, которая сбилась с орбиты после отделения от космической станции Пекина, «чрезвычайно низкий» после того, как Соединенные Штаты предупредили, что она может упасть на населенный пункт.

Военные эксперты в США ожидают, что корпус ракеты Long March 5B упадет на поверхность Земли примерно в субботу или воскресенье, но предупредили, что трудно предсказать, где и когда он приземлится. Но Пекин не согласился с такой точкой зрения. «Вероятность причинения вреда авиационной деятельности или людям и их деятельности на земле чрезвычайно мала», - заявил официальный представитель министерс...
07.05.21 12:38
0
1
Blue Origin отправит первый экипаж в космос в июле

Blue Origin отправит первый экипаж в космос в июле

Компания Джеффа Безоса отправит свой первый экипаж в космос 20 июля и предложит одно из мест победителю онлайн-аукциона.

Поездка продлится в общей сложности десять минут, четыре из которых пассажиры проведут над линией Кармана, которая отмечает признанную границу между атмосферой Земли и космосом. «Мы совершенствуем нашу способность запускать, приземляться и повторять», - говорится в видео, сопровождающем объявление. «Наш следующий запуск будет первым, когда космонавты полетят на борту New Shepard». Суборбитальная...
06.05.21 11:32
0
1
Предложен новый метод уточнения постоянной Хаббла

Предложен новый метод уточнения постоянной Хаббла

Группа международных ученых предложила простой и новый метод, позволяющий снизить погрешность измерений постоянной Хаббла до 2% с использованием однократного наблюдения пары сливающихся нейтронных звезд.

Вселенная непрерывно расширяется. Из-за этого далекие объекты удаляются от нас. Фактически, чем дальше они находятся, тем быстрее движутся. Ученые описывают это расширение через известное число, постоянную Хаббла, которая сообщает, насколько быстро объекты во Вселенной удаляются от нас в зависимости от их расстояния до нас. Путем точного измерения постоянной Хаббла можно определить некоторые из са...
05.05.21 10:59
0
1
Раскрыт секрет долгожителей о здоровом старение

Раскрыт секрет долгожителей о здоровом старение

В наиболее подробном геномном исследовании с участием людей старше 100 лет, исследователи сосредоточили внимание на нескольких конкретных генетических характеристиках, которые обеспечивают защиту от возрастных заболеваний.

Варианты генов, улучшающие процессы репарации ДНК, были особенно заметны именно у пожилых людей. Если хорошо питаться, часто заниматься спортом и избегать пагубных пороков, есть все основания надеяться на долгую и здоровую жизнь. Конечно, многие возрастные заболевания кажутся почти неизбежными, независимо от того, настигнут ли они вас в 80 или 90 лет. Но некоторые люди демонстрируют склонность к ...
05.05.21 10:15
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
1
Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Масло и воду очень трудно разделить, что затрудняет очистку загрязненной воды. Исследователи из Университета Северной Каролины обнаружили, что мембрана из бактериальной биопленки может эффективно пропускать воду, удерживая при этом масло.

Нефть представляет серьезную опасность для окружающей среды, когда случаются огромные разливы нефти, такие как Deepwater Horizon, но даже в меньших масштабах загрязнение может происходить в результате промышленных процессов. Всегда востребованы новые решения по очистке. В новом исследовании исследователи Университета Северной Каролины обратились за помощью к бактериям. Чтобы защитить себя от вред...
09.03.21 22:34
0
7
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