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Nichtnewtonsche Flüssigkeiten

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Team Realfilm
Nichtnewtonsche Flüssigkeiten
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Beschreibung Nichtnewtonsche Flüssigkeiten

Inhalt

Nichtnewtonsche Flüssigkeiten

Du kennst das sicher: Du willst ein bisschen Ketchup auf die Pommes machen, aber aus der Flasche kommt nichts heraus. Deswegen schüttelst du die Flasche ein bisschen – und plötzlich kommt viel zu viel und deine Pommes sind in Ketchup getränkt. Hast du dich schon einmal gefragt, warum das so ist?

Dass das passieren kann, liegt an einer bestimmten Eigenschaft von Ketchup. Ketchup ist nämlich eine nichtnewtonsche Flüssigkeit oder ein nichtnewtonsches Fluid. Was das genau bedeutet, wollen wir im Folgenden klären.

Newtonsche Flüssigkeiten und Viskosität

Bevor wir uns überlegen, was eine nichtnewtonsche Flüssigkeit besonders macht, müssen wir zunächst klären, was eine newtonsche Flüssigkeit ist. Außerdem müssen wir den Begriff der Viskosität kennen.

Die Viskosität

Die Viskosität von Fluiden beschreibt ihre Zähflüssigkeit, also wie sie fließen, wenn eine Kraft auf sie wirkt. Eine hohe Viskosität bedeutet, dass ein Fluid besonders zäh- oder dickflüssig ist. Honig hat beispielsweise eine hohe Viskosität: Wenn du Honig aus einem Gefäß kippst, fließt er sehr langsam. Eine niedrige Viskosität bedeutet das Gegenteil, also dass ein Fluid sehr dünnflüssig ist. Ein Beispiel dafür ist Wasser. Die Viskosität hat das Formelzeichen $\eta$, gesprochen eta.

Newtonsche Flüssigkeit

Eine newtonsche Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine konstante Viskosität hat. Das bedeutet, dass sich die Zähflüssigkeit nicht ändert, wenn unterschiedliche Kräfte auf die Flüssigkeit wirken. Ein Beispiel für eine newtonsche Flüssigkeit ist Wasser. Seine Zähflüssigkeit ändert sich nicht, wenn eine Kraft auf es wirkt. Wenn du zum Beispiel Wasser umrührst, ändert sich sein Fließverhalten nicht, egal ob du schnell oder langsam rührst.

Und was ist nun eine nichtnewtonsche Flüssigkeit?

Nichtnewtonsche Flüssigkeit – Definition

Als nichtnewtonsch bezeichnet man Flüssigkeiten, deren Viskosität sich ändert, wenn Kräfte auf die Flüssigkeit wirken. Sie kann dabei größer oder kleiner werden.

Nichtnewtonsche Flüssigkeiten – Beispiele

Ein sehr bekanntes Beispiel für nichtnewtonsche Flüssigkeiten ist Oobleck. Oobleck ist eine Mischung aus Wasser und Speisestärke, die du auch leicht zu Hause herstellen kannst. Bei diesem nichtnewtonschen Fluid wird die Viskosität größer, wenn eine Kraft auf das Fluid wirkt. Wenn es sich in einem Gefäß befindet, passt es sich der Form des Gefäßes an und sieht flüssig aus. Wenn du mit deinem Finger langsam darin rührst, ist es sehr dünnflüssig. Wenn du aber versuchst, sehr stark und schnell zu rühren, also eine große Kraft ausübst, wird es plötzlich fest. Erst, wenn du keine Kraft mehr ausübst, wird es wieder flüssig. Dieser Effekt ist so stark, dass man auf Oobleck, das einen ganzen Pool ausfüllt, sogar laufen kann – solange man schnell genug ist. Bleibt man stehen, versinkt man. Der Grund für dieses Verhalten ist, dass sich die Moleküle unter Krafteinwirkung ineinander verzahnen. Im Detail sind die Prozesse aber noch nicht verstanden.

Auch Ketchup ist eine nichtnewtonsche Flüssigkeit. Allerdings wird die Viskosität von Ketchup kleiner, wenn Kräfte auf ihn wirken. Deswegen ändert sich das Fließverhalten, wenn du die Flasche schüttelst oder sehr stark drückst – der Ketchup wird dünnflüssiger und fließt viel schneller aus der Flasche.

Dieses Video

In diesem Video erfährst du, was newtonsche und nichtnewtonsche Flüssigkeiten voneinander unterscheidet. Du lernst ihre Merkmale und Eigenschaften kennen. Außerdem werden dir einige Beispiele gezeigt.

Transkript Nichtnewtonsche Flüssigkeiten

Vanillesauce und Schlagsahne: Sind das Festkörper oder Flüssigkeiten? Im 18. Jahrhundert beschrieb Isaac Newton die Hauptmerkmale von Flüssigkeiten. Sie nehmen die Form ihres Behälters an und sie fließen. Wenn sie abkühlen, werden sie fester und ihre Viskosität erhöht sich, das bedeutet, sie werden zähflüssiger. Deswegen muss man Öl, das als Treibstoff unter sehr kalten Bedingungen verwendet wird, sehr sorgfältig auswählen. Öl, das in einem milden Klima flüssig ist, ist es bei Minustemperaturen vielleicht nicht. Flüssigkeiten, die sich so verhalten, wie es Newton beschrieben hat, nennt man Newtonsche Flüssigkeiten. Sie werden von nur zwei Schlüsselfaktoren beeinflusst: Temperatur und Druck. Aber manche Flüssigkeiten werden noch von einem dritten Faktor beeinflusst. Sie ändern ihr Verhalten, wenn eine Kraft auf sie wirkt. Diese Flüssigkeiten nennt man Nichtnewtonsche Flüssigkeiten. Wenn man eine Nichtnewtonsche Flüssigkeit rührt oder schlägt, kann sich die Anordnung ihrer Teilchen verändern, was ihre Zähflüssigkeit verändert. In manchen Fällen verhält sie sich dadurch eher wie ein Festkörper. Schlagsahne ist ein Beispiel dafür. Je mehr man sie schlägt, desto fester wird sie. Sie nimmt nicht länger die Form ihres Behälters an und sie fließt auch kaum noch. Andere Nichtnewtonsche Flüssigkeiten werden hingegen dünnflüssiger, wenn man Kraft auf sie ausübt. Tomatenketchup wird flüssiger, wenn man ihn schüttelt. Zahnpasta und Farbe werden ebenfalls dünnflüssiger und gießbarer, je mehr man sie rührt. Wissenschaftler verstehen noch immer nicht vollends, durch welche Vorgänge auf der molekularen Ebene diese Effekte ausgelöst werden. Aber Nichtnewtonsche Flüssigkeiten sind weit verbreitet und werden in vielen Alltagsprodukten eingesetzt. Das zeigt uns, dass wir einen Stoff nicht immer sauber in die Kategorien „Festkörper“ oder „Flüssigkeit“ einordnen können.

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