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
Ученые научились уничтожать жировые отложения в любом месте тела

Ученые научились уничтожать жировые отложения в любом месте тела

Жировые клетки профессионального спортсмена могут выглядеть совершенно иначе, чем клетки человека, страдающего ожирением, и технологии, позволяющие сделать одни из них более похожими на другие, могут открыть новые мощные методы лечения этого заболевания.

Ученые сообщают о захватывающем прогрессе в этой области, демонстрируя, как положительно заряженные наноматериалы можно вводить в нездоровый жир, чтобы вернуть его в здоровое состояние, закладывая основу для лечения, которое избирательно воздействует на жировые отложения в любом месте тела. Исследование, проведенное учеными из Колумбийского университета, было опубликовано в двух статьях и посвяще...
04.12.22 10:46
0
0
Телескоп Джеймса Уэбба дает беспрецедентное изображение призрачного света в скоплениях галактик

Телескоп Джеймса Уэбба дает беспрецедентное изображение призрачного света в скоплениях галактик

В скоплениях галактик есть часть звезд, которые уходят в межгалактическое пространство, потому что их вытягивают огромные приливные силы, возникающие между галактиками в скоплении. Свет, излучаемый этими звездами, называется внутрикластерным светом и очень слаб.

Его яркость составляет менее 1% от яркости самого темного неба, которое мы можем наблюдать с Земли. Это одна из причин, почему изображения, сделанные из космоса, очень ценны для их анализа. Инфракрасные волны позволяют исследовать скопления галактик иначе, чем с помощью видимого света. Благодаря его эффективности в инфракрасном диапазоне и четкости изображений телескопа Джеймса Уэбба, исследовате...
03.12.22 13:46
0
0
Исследование исключает первичные черные дыры как кандидатов в темную материю

Исследование исключает первичные черные дыры как кандидатов в темную материю

Первичные черные дыры — удивительные космические тела, которые активно исследуются астрофизиками всего мира. Исходя из названия, это черные дыры, которые появились на заре существования Вселенной, менее чем через секунду после Большого взрыва.

Теоретическая физика предполагает, что за долю секунды до образования Вселенной пространство не было полностью однородным, поэтому более плотные и горячие области могли коллапсировать в черные дыры. В зависимости от того, когда именно они образовались в течение этой доли секунды, эти первичные черные дыры могли быть очень разной массы и связанными с ней характеристиками.Некоторые физики-теоретики ...
02.12.22 09:01
0
0
Исследование Йельского университета раскрывает потенциальную причину болезни Альцгеймера

Исследование Йельского университета раскрывает потенциальную причину болезни Альцгеймера

Ученые из Йельского университета обнаружили упускаемый из виду механизм, который может стоять за симптомами болезни Альцгеймера. Команда указала на небольшие опухоли на аксонах возле бляшек, которые накапливаются в мозгу, и определила белок, который может быть биомаркером для раннего выявления заболевания, а также мишенью для будущих методов лечения.

В течение десятилетий преобладающая гипотеза о причине появления болезни Альцгеймера, вращалась вокруг амилоидных бляшек — запутанных скоплений белка бета-амилоида. Их накопление в мозгу пациентов с деменцией постоянно наблюдается с тех пор, как Алоис Альцгеймер впервые изучил ее более века назад. И ученые сосредоточили бы большую часть исследований на уменьшении и удалении этих бляшек, но, к сож...
01.12.22 10:16
0
0
«Химические нейроны» находят и обрабатывают данные, хранящиеся в ДНК

«Химические нейроны» находят и обрабатывают данные, хранящиеся в ДНК

Ученые экспериментировали со способами использования ДНК в качестве носителя данных, но трудно извлекать записанные на нее данные и манипулировать ими. Теперь команда разработала «химические нейроны», которые могут проводить вычисления с данными, хранящимися в ДНК, и легко считывать ответы.

Современные системы хранения данных могут впечатлять, но, как и во многих других случаях, природа сделала это намного эффективнее, чем все, чего мы достигли. Один грамм ДНК может хранить до 215 миллионов ГБ данных, что теоретически означает, что содержимое всего Интернета может храниться в чем-то размером с обувную коробку. Более того, при правильных условиях ДНК может существовать тысячи или даже...
28.11.22 07:46
0
1
Шелк шелкопряда, подвергнутый химической ванне, на 70% прочнее паучьей паутины

Шелк шелкопряда, подвергнутый химической ванне, на 70% прочнее паучьей паутины

Как один из самых прочных материалов, известных науке, паутина регулярно оказывается в центре захватывающих инженерных прорывов, и новое исследование, включающее быструю химическую ванну, может вывести это исследование на новый уровень.

Ученые разработали новый метод обработки шелка тутового шелкопряда, который меняет его состав и повышает производительность, при этом конечный продукт обладает на 70% большей прочностью, чем паучья паутина.Ученые работают над воспроизведением невероятных свойств паучьего шелка интересными способами. Разведение пауков для производства материала в больших количествах — одна из возможностей, но их те...
09.10.22 11:47
0
1
Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике присуждена исследователям квантовой запутанности

Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена трем ученым за их работу в области новаторской квантовой информатики. Ален Аспе, Джон Ф. Клаузер и Антон Цайлингер провели одни из первых экспериментов с запутанными фотонами, открыв будущее для коммерческих квантовых компьютеров.

Жуткий мир квантовой физики предсказывает несколько неожиданных странностей, включая квантовую запутанность. Это состояние позволяет двум частицам настолько переплестись друг с другом, что изменения, внесенные в одну, мгновенно повлияют на другую, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Эта идея обеспокоила даже Эйнштейна, который утверждал, что квантовая физика является «неполной...
05.10.22 07:18
0
0
Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

Самой белой краской в мире теперь может покрывать автомобили и самолеты

В прошлом году инженеры из Университета Пердью использовали свой опыт в области материаловедения для производства самой белой в мире краски, способной отражать около 98% падающего солнечного света и, следовательно, обладающей большим потенциалом, когда речь идет об энергоэффективности зданий.

Команда внесла некоторые изменения в рецепт и выпустила более тонкую и легкую версию, которая, по их словам, идеально подходит для использования в автомобилях, поездах и самолетах. Первоначальная версия ультрабелой краски обязана своей исключительной способностью отражать солнечный свет включению сульфата бария - химического соединения, используемого в фотобумаге и косметике. Он был добавлен в см...
05.10.22 07:02
0