Icke-newtonsk vätska

En icke-Newtonsk vätska kallas en vätska , under vilken dess viskositet beror på hastighetsgradienten [1] [2] . Typiskt är sådana vätskor mycket inhomogena och består av stora molekyler som bildar komplexa rumsliga strukturer.

Det enklaste belysande hushållsexemplet är en blandning av stärkelse med en liten mängd vatten. Ju snabbare yttre verkan på bindemedelsmakromolekylerna suspenderade i vätskan, desto högre blir vätskans viskositet.

Historik

I slutet av 1600-talet märkte Isaac Newton att det är mycket svårare att ro snabbt med åror än om man gör det långsamt . Han formulerade lagen enligt vilken, under skjuvflöden, skjuvspänningar mellan vätskeskikt ökar i proportion till den relativa rörelsehastigheten för angränsande skikt (Newtons ursprungliga formulering i översättningen av A. N. Krylov : "Motståndet som är ett resultat av bristen på halten hos vätskan, under i övrigt identiska förhållanden, antas vara proportionell mot den hastighet, med vilken vätskans partiklar separeras från varandra"). Newton uppmärksammade dessutom egenskaperna hos vätskor när han försökte simulera rörelsen av solsystemets planeter genom att rotera en cylinder som representerar solen i vatten. Om cylinderns rotation bibehålls, överförs gradvis rotationen till hela vätskans massa. Därefter, för att beskriva sådana egenskaper hos vätskor, började termerna "inre friktion" och " viskositet " användas, som fick samma fördelning.

Dessa verk av Newton markerade början på studiet av viskositet och reologi (en gren av fysiken som studerar materiens deformation och flytbarhet).

Reologiska modeller av vätskor

Klassificeringen [3] [4] är baserad på de viskösa spänningarnas beroende av skjuvhastigheten (hastighetsgradienten) , där är flödeshastigheten. ${\dot \gamma }=\vänster|{\frac {\partial {\vec v)){\partial z))\right|$ ${\vec {v}}$

Newtonsk vätska - linjär lag: $\sigma =\alpha {\dot \gamma }$
Kraftvätska är icke-linjär, kraftlag: $\sigma =\alpha {\dot \gamma }^{n}$
- Pseudoplastisk - , med långsamma rörelser är viskositeten hög, för att sedan minska. $n<1$
- Dilatant vätska - viskositeten ökar med ökande hastighet. $n>1$
Bingham-plast (Bingham-vätska, Bingham-modell) liknar torrfriktionsmodellen :

$\sigma ={\begin{cases}\sigma _{0}+\alpha {\dot \gamma },{\dot \gamma }>0\\-\sigma _{0}+\alpha {\dot \gamma },{\dot \gamma }<0\end{cases}}$

Ett bra exempel på en Bingham-vätska är färg - på grund av bindemedels verkan uppstår en tröskel för skjuvspänning, och den kan bilda fasta lager på vertikala ytor. Alla andra vätskor kommer att rinna ner. För icke-Newtonska vätskor är det också möjligt att observera andra effekter associerade med olinjäritet eller förekomsten av en tröskel. Det är värt att notera att komplikationen av beroendet av viskösa spänningar tvingar oss att överge den "traditionella" Navier-Stokes ekvation för en newtonsk vätska genom att komplicera den viskösa tensormodellen .

Ett separat fall av icke-Newtonska vätskor är tixotropa och rheopexvätskor [5] , vars viskositet förändras med tiden .

En annan klassificering är enligt viskositetens beroende av storleken på skjuvhastigheten : $\eta$ ${\dot \gamma }$

${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}>0$ motsvarar fallet med en dilatant vätska;
${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}<0$ motsvarar fallet med en pseudoplastisk vätska.

Typiska exempel på dilatantvätskor är koncentrerade suspensioner av fasta ämnen (såsom kvicksand ); pseudoplast - polymersmältor och lösningar.

I kulturen

Populära exempel är leksaker " Handgummi " och " Slime ".

Se även

Anteckningar

↑ Wilkinson W. L. Icke-newtonska vätskor. / per. från engelska. - M. , 1964
↑ Astarita J., Marrucci J. Fundamentals of hydromechanics of non-Newtonian fluids. / per. från engelska. - M., 1978.
↑ Reiner M. Rheology. / per. från engelska. - M., 1965.
↑ Shulman 3. P. Samtal om reofysik. - Mn. , 1976.
↑ Studie av materials reologiska egenskaper . Hämtad 26 oktober 2008. Arkiverad från originalet 15 maj 2017. (obestämd)

Litteratur

Wilkinson W. L. Icke-newtonska vätskor. / per. från engelska. - M. , 1964.
Astarita J., Marrucci J. Grunderna för hydromekanik av icke-Newtonska vätskor. / per. från engelska. - M., 1978.
Reiner M. Rheology. / per. från engelska. - M., 1965.
Shulman 3. P. Samtal om reofysik. - Mn. , 1976.