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Ley de viscosidad de Newton

1687
  • Isaac Newton
Viscosímetro en un laboratorio de mecánica de fluidos para medir la viscosidad.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El cizallamiento de un fluido newtoniano estrés es directamente proporcional a la velocidad de cizallamiento cepa. Esta relación lineal se define por la ley de Newton de la viscosidad: [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex], donde [latex]\tau[/latex] es el esfuerzo cortante, [latex]\mu[/latex] es la viscosidad dinámica (una constante de proporcionalidad), y [latex]\frac{du}{dy}[/latex] es la velocidad de cizallamiento o gradiente de velocidad.

La ley de la viscosidad de Newton establece la ecuación constitutiva para un fluido newtoniano. Postula que para un flujo de cizalladura simple, la fuerza por unidad de superficie (esfuerzo de cizalladura, [latex]\tau[/latex]) necesaria para mover una capa de fluido con respecto a otra es proporcional a la velocidad a la que cambia la velocidad con la distancia perpendicular al flujo (el gradiente de velocidad o velocidad de cizalladura, [latex]\frac{du}{dy}[/latex]). La constante de proporcionalidad, [latex]\mu[/latex], se conoce como viscosidad dinámica, una propiedad del material que mide la resistencia del fluido a fluir. Para un fluido newtoniano, esta viscosidad es constante y depende sólo de la temperatura y la presión, no de las fuerzas que actúan sobre él.

Este modelo lineal es una idealización, pero describe con precisión muchos fluidos comunes como el agua, el aire y los aceites simples en condiciones típicas. El concepto es fundamental para la dinámica de fluidos, ya que permite derivar las ecuaciones de Navier-Stokes, que rigen el movimiento de las sustancias fluidas viscosas. La ley implica que un fluido newtoniano comenzará a fluir inmediatamente tras la aplicación de cualquier esfuerzo cortante, por pequeño que sea. Esto contrasta con no newtoniano los fluidos, que pueden presentar cizallamiento-adelgazamiento, cizallamiento-espesamiento o requerir un límite elástico mínimo antes de fluir.

Históricamente, Isaac Newton propuso esta relación en su *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica* de 1687. No la expresó en la forma diferencial moderna, sino que describió el concepto de “defecto de lubricidad” o fricción interna en los fluidos. La formulación matemática moderna fue desarrollada posteriormente por matemáticos y físicos como Cauchy y Stokes, que la incorporaron a un marco más general para la mecánica del continuo.

UNESCO Nomenclature: 2206
- Mecánica de fluidos

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Trabajos de Evangelista Torricelli sobre el flujo de fluidos (Ley de Torricelli)
  • Principios hidrostáticos de Blaise Pascal (Ley de Pascal)
  • Las leyes del movimiento de Isaac Newton
  • Desarrollo del cálculo por Newton y Leibniz

Aplicaciones

  • Diseño de tuberías para transporte de agua y petróleo
  • Análisis aerodinámico de alas y carrocerías de vehículos
  • teoría de lubricación para cojinetes y engranajes
  • modelado de patrones climáticos y corrientes oceánicas
  • proceso químico ingeniería de recipientes de mezcla y reacción

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Dispositivos microfluídicos con flujo predecible para diagnósticos de laboratorio en un chip
  • Lubricantes inteligentes con viscosidad ajustada por campos magnéticos
  • Solucionadores avanzados de dinámica de fluidos computacional (CFD) para geometrías complejas
  • autolimpiante surfaces using controlled fluid sheeting
  • Sistemas hidráulicos energéticamente eficientes que utilizan fluidos sintéticos de baja viscosidad
  • ultrasónico sensors for real-time viscosity measurement in industrial processes
  • Biorreactores con mezcla optimizada para el crecimiento de cultivos celulares
  • Nuevas técnicas de procesamiento de alimentos basadas en un control de flujo preciso
Related to: newton’s law of viscosity, tensión de cizallamiento, shear rate, dynamic viscosity, newtonian fluid, fluid dynamics, constitutive equation, velocity gradient.

Contexto histórico

Ley de viscosidad de Newton

1650
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1650
1650
1678
1687
1687
1738
1750
1785

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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