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Definizione di fluido non newtoniano

1930
Scienziato che sperimenta la viscosità di un fluido non newtoniano in laboratorio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un fluido non newtoniano è un fluido la cui viscosità cambia sotto l'azione di uno sforzo di taglio applicato. A differenza di un fluido newtoniano in cui la viscosità è costante, le sue proprietà di flusso non sono descritte da una relazione lineare tra sforzo di taglio (τ) e velocità di taglio (gamma). Questa dipendenza può manifestarsi come assottigliamento al taglio (la viscosità diminuisce con lo stress) o ispessimento da taglio (la viscosità aumenta con lo stress).

The fundamental difference between Newtonian and non-Newtonian fluids lies in their response to shear. For a Newtonian fluid, the relationship is linear, defined by Newton’s law of viscosità: [latex]\tau = \mu \dot{\gamma}[/latex], where [latex]\mu[/latex] is the constant coefficient of viscosity. For non-Newtonian fluids, this relationship is non-linear and can be time-dependent. The apparent viscosity, defined as [latex]\eta = \tau / \dot{\gamma}[/latex], is not a constant but a function of the shear rate itself, [latex]\eta(\dot{\gamma})[/latex].

Questo comportamento deriva dalla microstruttura interna del fluido, come lunghe catene polimeriche, particelle sospese o emulsioni. Quando viene applicata una forza di taglio, queste microstrutture possono allinearsi, deformarsi o riorganizzarsi, alterando la resistenza al flusso del fluido. Ad esempio, in una soluzione polimerica (un fluido che si assottiglia al taglio), le catene polimeriche arrotolate in modo casuale si districano e si allineano con la direzione del flusso sotto l'effetto del taglio, riducendo l'attrito interno e quindi la viscosità. Al contrario, in una sospensione concentrata come l'amido di mais in acqua (un fluido che ispessisce il taglio), le particelle possono incastrarsi tra loro sotto l'effetto del taglio, aumentando drasticamente la viscosità.

Lo studio di questi complessi comportamenti di flusso è chiamato reologia. La comprensione delle proprietà non newtoniane di un fluido è fondamentale in molti processi industriali, dal pompaggio e dalla miscelazione a rivestimento e stampaggio, poiché le condizioni di lavorazione influenzano direttamente il comportamento del materiale.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Legge della viscosità di Isaac Newton (1687)
  • Studi sui colloidi e sulle sospensioni di Thomas Graham (anni '60 dell'Ottocento)
  • Sviluppo di tecniche di viscosimetria
  • Prime osservazioni di flussi anomali in materiali come fanghi di argilla e vernici

Applicazioni

  • lavorazione degli alimenti (ad esempio, ketchup, maionese)
  • cosmetici (ad esempio creme, smalti per unghie)
  • fanghi di perforazione nell'industria petrolifera
  • giubbotto antiproiettile liquido
  • produzione di vernici

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • superfici stradali auto-riparanti che si ispessiscono all'impatto per riempire le crepe
  • ammortizzatori idraulici adattivi per veicoli che si irrigidiscono in base alle condizioni stradali
  • inchiostri intelligenti per la stampa 3D che cambiano la viscosità per una risoluzione più elevata
  • sistemi di somministrazione di farmaci iniettabili che sono liquidi nella siringa ma simili a gel nel corpo
  • rivestimenti ignifughi che si addensano con il calore formando uno strato isolante
  • lubrificanti intelligenti per macchinari che aumentano la viscosità nei punti ad alta pressione
  • schermatura conforme per l'elettronica che si indurisce all'impatto
  • reconfigurable architectural materials that can be temporarily liquefied for molding
Related to: non-newtonian fluid, viscosity, shear stress, shear rate, rheology, fluid dynamics, assottigliamento al taglio, ispessimento da taglio.

Contesto storico

Definizione di fluido non newtoniano

1926
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1926
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1927
1927
1930
1930
1930
1931

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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