Definizione di fluido non newtoniano
A non-Newtonian fluid is one whose viscosità changes under an applied sforzo di taglio. Unlike a Newtonian fluid where viscosity is constant, its flow properties are not described by a linear relationship between shear stress ([latex]\tau[/latex]) and shear rate ([latex]\dot{\gamma}[/latex]). This dependency can manifest as assottigliamento al taglio (la viscosità diminuisce con lo stress) o ispessimento da taglio (la viscosità aumenta con lo stress).
La differenza fondamentale tra fluidi newtoniani e non newtoniani risiede nella loro risposta al taglio. Per un fluido newtoniano, la relazione è lineare, definita dalla legge di Newton sulla viscosità: [latex]\tau = \mu \dot{\gamma}[/latex], dove [latex]\mu[/latex] è il coefficiente costante di viscosità. Per i fluidi non newtoniani, questa relazione non è lineare e può dipendere dal tempo. La viscosità apparente, definita come [latex]\eta = \tau / \dot{\gamma}[/latex], non è una costante ma una funzione della velocità di taglio stessa, [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 alla miscelazione, dal rivestimento allo stampaggio, poiché le condizioni di lavorazione influenzano direttamente il comportamento del materiale.
UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica
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
Idee e potenziali innovazioni
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Correlato a: fluido non newtoniano, viscosità, sforzo di taglio, velocità di taglio, reologia, dinamica dei fluidi, shear-thinning, shear-thickening.