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Was ist… ein nicht-newton’sches Fluid? & Experiment!

Tipp: Im Artikel mit der Maus über die Bilder fahren.

Um die Frage zu beantworten, müssen wir vielleicht erst einmal kurz schauen, was überhaupt eine Flüssigkeit (= Fluid) ist und was es mit der Viskosität auf sich hat.

„Flüssig“ ist einer der drei Aggregatzustände und zwar der mittlere, was die Bindungen innerhalb des Stoffes angeht. Bei Gasen ist diese Bindung nicht oder nur sehr kurzzeitig existent und die einzelnen Atome oder Moleküle (je nach Stoff) schwirren umeinander herum. Bei festen Stoffen ist die Bindung der einzelnen Atome und Moleküle sehr stark. Bei Flüssigkeiten sind die Moleküle oder Atome dicht gepackt, sie können sich aber frei bewegen und immer wieder neue Bindungen eingehen.

Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Je niedriger die Viskosität ist, desto dünnflüssiger ist er. Gemessen wird Viskosität in der Einheit Millipascalsekunden mPac. Wasser hat bei 21 °C eine Viskosität von 1 mPac. Zum Vergleich: Olivenöl hat eine Viskosität von 85 mPac und Honig eine von 10 000 mPac (jeweils bei 21 °C gemessen).

Übrigens ist Pech die zähflüssigste (bekannte) Flüssigkeit. Seine Viskosität ist etwa 20 Milliarden Mal so hoch wie die von Wasser.

Was ist nun ein nicht-newton’sches Fluid?
Bei nicht-newton’schen Flüssigkeiten ändert sich die Viskosität abhängig von der ausgeübten Kraft! (Bei newton’schen Flüssigkeiten ist sie unabhängig davon.) Wenn man also auf ein nicht-newton’sches Fluid eine Hand vorsichtig auflegt, sinkt sie ein, wie sie es auch in Honig tun würde. Schlägt man nun mit der gleichen Hand schwungvoll darauf, prallt man ab. Alltägliche Beispiele dafür sind Blut, Treibsand, Ketchup, Schmiermittel oder Pudding.

Übrigens gibt es auch das entgegengesetzte Phänomen: Dabei verhält sich das Fluid bei geringer Kraft fest und bei stärkerer flüssig. Diese werden Bingham-Fluid oder casson’sche Stoffe genannt (wobei diese beiden Begriffe nicht äquivalent sind, sondern sich im Detail unterscheiden). Auch diese beiden gehören zu den nicht-newton’schen Flüssigkeiten.

Experiment: Spielen mit einem nicht-newton’schen Fluid!

Dieses Experiment wollten wir schon lange ausprobieren und so war jetzt in der Quasi-Quarantäne genau der richtige Zeitpunkt! Ihr braucht eigentlich nur genau zwei Zutaten – wer mag kann das Experiment natürlich auch noch mit Farbe, Glitzer oder ähnlichem verschönern. Bei uns kam dieses Experiment extrem gut an! Das Forschermädchen hat sich damit zwei Stunden lang beschäftigt – und dann auch nur aufgehört, weil es Abendessen gab. Am nächsten Tag ging es direkt weiter.

Was ihr braucht:
2 Teile Stärke
1 Teil Wasser
Wir haben einfach mal mit 1 kleinen Kaffeetasse Speisestärke und 1/2 voll Wasser angefangen, was eine ganz gute Menge ergab.
Wer mag, kann noch ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe oder ähnliches dazu geben. Wir haben etwas Farbe in dem Wasser aufgelöst, bevor wir es mit der Stärke vermischt haben.


Durchführung:
Mischt Stärke und Wasser in einer Rührschüssel und rührt vorsichtig um, bis ihr eine homogene Flüssigkeit habt.
Nun kann es direkt losgehen: Legt die Hand vorsichtig auf das Gemisch oder versucht mal mit mehr Kraft durchzubohren. Was beobachtet ihr? Mit der Mischung könnt ihr beispielsweise Kinder sehr lange beschäftigen, weil es einfach Spaß macht, damit ein bisschen zu matschen oder immer wieder zu probieren, wie das Gemisch auf unterschiedliche Aktionen reagiert. Bei uns hatten auch zwei Dinos viel Freude daran, auf der Masse zu hüpfen oder einzusinken.

Diese Mischung wird übrigens manchmal auch Oobleck genannt!

Wir haben sie nach dem Spielen in ein Marmeladenglas gefüllt, so kann man die Mischung ein paar Tage aufbewahren. Gegebenenfalls noch ein wenig Wasser dazu geben und vorsichtig im Glas vermischen, dann kann man sie zurück in eine größere Schüssel fließen lassen.

Frage an euch: Hattet ihr auch schon mal das Problem, den Rest Ketchup aus der Flasche zu bekommen? Warum ist es besser, die Flasche umzudrehen und etwas zu warten und nicht auf den Boden zu klopfen?

 

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Ihr habt dieses oder eines meiner anderen Rezepte / DIYs ausprobiert? Ich würde mich über eine Rückmeldung freuen! Gerne mit Bild für meine „Von euch ausprobiert“-Seite. Oder markiert mich bei Instagram, damit ich euch finde!
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Quellen & Weiterführende Literatur:
„Naturwissenschaften“ aus dem DK Verlag – hatte ich euch hier bereits ausführlicher vorgestellt, inkl. Link zum Verlag
Nichtnewtonsches Fluid, chemie.de

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