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L'effetto Weissenberg (fluidi)

1947
  • Karl Weissenberg
Ricercatore che dimostra l'effetto Weissenberg con un fluido viscoelastico in laboratorio.

L'effetto Weissenberg è un fenomeno dei fluidi viscoelastici in cui il fluido risale un'asta rotante inserita al suo interno. Questo fenomeno è contrario al comportamento dei fluidi newtoniani, che vengono spinti verso l'esterno dalla forza centrifuga, formando un vortice. L'effetto è causato dalla normale stress differenze che si sviluppano nel fluido sottoposto a taglio.

L'effetto Weissenberg è una conseguenza diretta della natura elastica di alcuni elementi di non newtoniano fluidi. Quando un fluido semplice come l'acqua viene sottoposto a taglio tra un'asta rotante e un contenitore stazionario, gli elementi del fluido si allungano nella direzione del flusso (la direzione tangenziale). In un fluido newtoniano puramente viscoso, ciò si traduce in uno sforzo di taglio, ma non in uno sforzo perpendicolare (normale) al piano di taglio. Tuttavia, in un fluido viscoelastico, come una soluzione polimerica, le lunghe catene polimeriche resistono a questo stiramento, creando una tensione elastica lungo le linee di flusso curve, come un elastico teso.

Questa tensione crea una "sollecitazione a cerchio" che agisce verso l'interno, in direzione del centro di rotazione. Questa forza diretta verso l'interno genera un gradiente di pressione che spinge il fluido verso l'alto dell'asta rotante, che è il percorso di minor resistenza. L'entità di questo effetto è correlata alla prima differenza di sforzo normale, [latex]N_1 = \tau_{\ heta\theta} - \tau_{rr}[/latex], un parametro chiave della reologia che quantifica l'elasticità del fluido. L'effetto Weissenberg è una potente dimostrazione visiva dell'elasticità dei fluidi ed è un concetto fondamentale nello studio delle fusioni e delle soluzioni polimeriche.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Fenomeno fisico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • Sviluppo della teoria della viscoelasticità
  • Studi sulle soluzioni polimeriche e sui loro insoliti comportamenti di flusso
  • Invenzione del reometro a cono e piastra da parte di Weissenberg, che ha permesso la misurazione delle tensioni normali

Applicazioni

  • caratterizzazione delle proprietà viscoelastiche dei polimeri nei reometri
  • progettazione di miscelatori per materiali viscoelastici come l'impasto del pane o polimeri fusi
  • comprendere le instabilità del flusso nella lavorazione dei polimeri
  • assistenza nella progettazione di pompe per fluidi non newtoniani

Brevetti:

NA

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