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La loi de Newton sur la viscosité

1687
  • Isaac Newton
Viscomètre dans un laboratoire de mécanique des fluides pour la mesure de la viscosité.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le cisaillement d'un fluide newtonien stresser est directement proportionnelle au taux de cisaillement souche. Cette relation linéaire est définie par la loi de Newton sur la viscosité : [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex], où [latex]\tau[/latex] est la contrainte de cisaillement, [latex]\mu[/latex] est la viscosité dynamique (une constante de proportionnalité), et [latex]\frac{du}{dy}[/latex] est le taux de cisaillement ou le gradient de vitesse.

La loi de viscosité de Newton établit le principe fondamental équation constitutive Pour un fluide newtonien, cette théorie postule que, dans le cas d'un écoulement de cisaillement simple, la force par unité de surface (contrainte de cisaillement, τ) nécessaire pour déplacer une couche de fluide par rapport à une autre est proportionnelle à la variation de la vitesse en fonction de la distance perpendiculaire à l'écoulement (gradient de vitesse ou taux de cisaillement, du/dy). La constante de proportionnalité, μ, est appelée viscosité dynamique ; il s'agit d'une propriété du fluide qui mesure sa résistance à l'écoulement. Pour un fluide newtonien, cette viscosité est constante et ne dépend que de la température et de la pression, et non des forces qui s'exercent sur lui.

Ce modèle linéaire est une idéalisation, mais il décrit avec précision de nombreux fluides courants comme l'eau, l'air et les huiles simples dans des conditions typiques. Ce concept est fondamental en dynamique des fluides, permettant la dérivation des équations de Navier-Stokes, qui régissent le mouvement des fluides visqueux. Cette loi implique qu'un fluide newtonien se mettra à couler immédiatement sous l'effet d'une contrainte de cisaillement, aussi faible soit-elle. Ceci contraste avec non newtonien fluides, qui peuvent présenter un comportement rhéofluidifiant, un comportement rhéoépaississant ou nécessiter une contrainte de seuil minimale avant de s'écouler.

Historiquement, Isaac Newton a proposé cette relation dans ses *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica* de 1687. Il ne l'a pas exprimée sous sa forme différentielle moderne, mais a décrit le concept de « défaut de lubrification » ou de frottement interne dans les fluides. La formulation mathématique moderne a été développée ultérieurement par des mathématiciens et des physiciens comme Cauchy et Stokes, qui l'ont intégrée dans un cadre plus général pour la mécanique des milieux continus.

UNESCO Nomenclature: 2206
- Mécanique des fluides

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Travaux d'Evangelista Torricelli sur l'écoulement des fluides (loi de Torricelli)
  • Principes d'hydrostatique de Blaise Pascal (loi de Pascal)
  • Les lois du mouvement d'Isaac Newton
  • Développement du calcul par Newton et Leibniz

Applications

  • conception de pipelines pour le transport de l'eau et du pétrole
  • analyse aérodynamique des ailes et des carrosseries de véhicules
  • théorie de la lubrification des roulements et des engrenages
  • modélisation des conditions météorologiques et des courants océaniques
  • processus chimique ingénierie pour les cuves de mélange et de réaction

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • dispositifs microfluidiques à débit prévisible pour les diagnostics en laboratoire sur puce
  • lubrifiants intelligents dont la viscosité est réglée par des champs magnétiques
  • solveurs avancés de dynamique des fluides computationnelle (cfd) pour géométries complexes
  • autonettoyant surfaces using controlled fluid sheeting
  • systèmes hydrauliques économes en énergie utilisant des fluides synthétiques à faible viscosité
  • ultrasonique sensors for real-time viscosity measurement in industrial processes
  • bioréacteurs avec mélange optimisé pour la croissance des cultures cellulaires
  • nouvelles techniques de transformation des aliments basées sur un contrôle précis du flux
Related to: newton’s law of viscosity, contrainte de cisaillement, shear rate, dynamic viscosity, newtonian fluid, fluid dynamics, constitutive equation, velocity gradient.

Contexte historique

La loi de Newton sur la viscosité

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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