מהם נוזלים שאינם ניוטונים? אפשר בהחלט למצוא דוגמאות אפילו במקרר שלך, אבל חול טובעני נחשב לדוגמא הברורה ביותר של נס מדעי - נוזל ומוצק בו-זמנית בשל חלקיקים מרחפים (מתרחפים).
על צמיגות
סר אייזק ניוטון טען שהצמיגות, או ההתנגדות של נוזל לזרימה, תלויה בטמפרטורה. כך, למשל, מים יכולים להפוך לקרח ולהיפך דווקא בהשפעת גופי חימום או קירור. עם זאת, חלק מהחומרים הקיימים בעולם משנים את הצמיגות בגלל הפעלת כוח, ולא בגלל שינוי בטמפרטורה. מעניין שרוטב העגבניות הנפוץ, שהופך דק יותר עם ערבוב ממושך, נחשב לנוזל לא ניוטוני. שמנת, לעומת זאת, מסמיכה בהקצפה. הטמפרטורה אינה חשובה לחומרים אלו - הצמיגות של נוזלים שאינם ניוטונים משתנה עקב השפעה פיזית.
ניסוי
למי שמתעניין במדע יישומי או סתם רוצהכדי להדהים את האורחים והחברים שלכם בניסוי מדעי פשוט להפליא ובו זמנית מרתק להפליא, נוצר מתכון מיוחד לתמיסת עמילן קולואידית. נוזל לא ניוטוני אמיתי, עשוי משני מרכיבים קולינריים רגילים, ידהים את תלמידי בית הספר והתלמידים עם העקביות שלו. כל מה שצריך זה עמילן ומים טהורים, והתוצאה היא חומר ייחודי שהוא גם נוזל וגם מוצק.
מתכון
- שופכים כרבע חבילה של עמילן תירס לקערה נקייה ומוסיפים באיטיות כחצי כוס מים. להתערב. לפעמים יותר נוח להכין תמיסת עמילן קולואידית ישירות עם הידיים.
- המשך להוסיף עמילן ומים במנות קטנות עד לקבלת מרקם דמוי דבש. זהו הנוזל העתידי הלא ניוטוני. איך להפוך אותו להומוגני אם כל הניסיונות לערבב באופן שווה מסתיימים בכישלון? אל תדאג; פשוט תן לתהליך יותר זמן. כתוצאה מכך, עבור חבילה אחת של עמילן תירס, סביר להניח שתזדקקו לכוס אחת עד שתיים של מים. שימו לב שהחומר הופך צפוף יותר ככל שמוסיפים לו אבקה נוספת.
- שופכים את החומר שנוצר למחבת או לתבנית אפייה. תסתכל מקרוב על העקביות הבלתי רגילה שלו כשהנוזל ה"מוצק" נשפך למטה. מערבבים את החומר במעגל עם האצבע המורה - לאט בהתחלה, אחר כך מהר יותר ויותרמהר יותר עד שיש לך נוזל מדהים שאינו ניוטוני.
ניסויים
גם למטרות ידע מדעי, וגם בשביל הכיף, אתה יכול לנסות את הניסויים הבאים:
- החלק את האצבע על פני הקריש שנוצר. שמת לב למשהו?
- טבול את כל ידך בחומר המסתורי ונסו ללחוץ אותו עם האצבעות ולשלוף אותו מהמיכל.
- נסה לגלגל את החומר בין כפות הידיים כדי ליצור כדור.
- אתה יכול אפילו להטיח את הקריש עם כף היד שלך בכל הכוח. הצופים שנכחו כנראה יתפזרו הצידה בציפייה לריסוס בתמיסת עמילן, אך החומר החריג יישאר במיכל. (אלא אם כן, כמובן, חסכת בעמילן.)
- ניסוי מרהיב מוצע על ידי בלוגרי וידאו. עבורו, תצטרך עמוד מוזיקה, אשר צריך להיות מכוסה בזהירות בניילון נצמד עבה במספר שכבות. יוצקים את התמיסה על הסרט ומפעילים את המוזיקה בווליום גבוה. תוכל לחוות אפקטים חזותיים מדהימים אפשריים רק עם המתחם הייחודי הזה.
אם אתה עושה ניסוי במעבדה מול תלמידי בית ספר או תלמידים, שאל אותם מדוע נוזל שאינו ניוטוני מתנהג כפי שהוא מתנהג. מדוע הוא נראה מוצק כשהוא סוחט אותו ביד, אך זורם כמו סירופ כשהאצבעות אינן קפוצות? בסיום הדיון אפשר לארוז את הקריש בשקית ניילון גדולה עם רוכסן להצלתו.עד הפעם הבאה. זה יהיה שימושי עבורך כדי להדגים את תכונות ההשעיה.
מסתורין של החומר
מדוע תמיסת עמילן קולואידית מתנהגת כמו מוצק במקרים מסוימים, וכמו נוזל במקרים אחרים? למעשה, יצרת נוזל אמיתי שאינו ניוטוני - חומר שנוגד את חוק הצמיגות.
ניוטון האמין שהצמיגות של חומר משתנה רק עקב עלייה או ירידה בטמפרטורה. לדוגמה, שמן מנוע זורם בקלות בחימום ומתעבה בקירור. באופן קפדני, גם נוזלים שאינם ניוטונים מצייתים לחוק הפיזיקלי הזה, אך ניתן לשנות את הצמיגות שלהם גם על ידי הפעלת כוח או לחץ. כאשר אתה לוחץ קריש קולואידי ביד, הצפיפות שלו עולה משמעותית, ונראה (גם אם זמנית) שהוא הופך למוצק. כאשר אתה פותח את האגרוף, התמיסה הקולואידית זורמת כמו נוזל רגיל.
דברים שכדאי לזכור
האירוניה היא שאי אפשר לערבב עמילן עם מים לנצח, כי כתוצאה מהניסוי לא מקבלים חומר הומוגני, אלא תרחיף. עם הזמן חלקיקי האבקה ייפרדו ממולקולות המים ויצרו גוש קשה בתחתית שקית הניילון שלך. מסיבה זו נוזל לא ניוטוני כזה סותם מיד צינורות ביוב, אם רק לוקחים אותו ושופכים אותו לכיור. בשום מקרה לא לשפוך אותו לניקוז - עדיף לארוז בשקית ופשוט לזרוקמחליק אשפה.
