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Ispessimento da taglio (dilatanza)

1885
  • Osborne Reynolds
Ricercatore che dimostra il comportamento di ispessimento al taglio di una miscela di amido di mais e acqua in meccanica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

L'ispessimento da taglio, o dilatazione, è una non newtoniano comportamento in cui viscosità aumenta con la velocità dello sforzo di taglio. Un esempio classico è la sospensione di amido di mais in acqua (oobleck), che sembra liquida quando viene agitata lentamente, ma diventa quasi solida quando viene colpita o agitata rapidamente. Questo fenomeno è causato dall'inceppamento delle particelle sospese sotto l'effetto di un elevato sforzo di taglio.

Il meccanismo alla base dell'ispessimento da taglio nelle sospensioni concentrate è spesso attribuito all'idroclustering e all'inceppamento. A basse velocità di taglio, le particelle in sospensione sono lubrificate dal liquido circostante e possono spostarsi l'una sull'altra con relativa facilità. Quando la velocità di taglio aumenta, le particelle sono costrette ad avvicinarsi l'una all'altra. Lo strato di fluido lubrificante che le separa si assottiglia e le forti forze idrodinamiche a corto raggio provocano la formazione di ammassi transitori o "hydrocluster".

At a critical shear rate, these hydroclusters can percolate across the system, forming a rigid, stress-bearing network that spans the fluid. This transition from a flowing state to a jammed, solid-like state is what causes the dramatic increase in viscosità. This process is reversible; when the high sforzo di taglio is removed, the particle network breaks apart, and the material returns to its fluid state. This property is exploited in technologies like liquid body armor, where a flexible material containing a shear-thickening fluid instantly becomes rigid upon the high-speed impact of a projectile, dissipating the energy and protecting the wearer.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Proprietà fisica

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • Osservazioni sul comportamento della sabbia bagnata di Osborne Reynolds
  • Studi sulle sospensioni colloidali concentrate
  • Sviluppo di reometri per studiare fenomeni di taglio elevato

Applicazioni

  • giubbotto antiproiettile liquido (ad esempio, d3o) che si indurisce all'impatto
  • sistemi di controllo della trazione in cui il fluido si addensa per bloccare un differenziale
  • materiali di riempimento delle buche che scorrono nelle crepe ma si induriscono sotto la pressione del traffico
  • equipaggiamento protettivo per lo sport
  • smorzatori sismici per edifici

Brevetti:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Idee e potenziali innovazioni

  • suole per scarpe sportive adattive che si irrigidiscono all'impatto per un migliore supporto
  • dossi stradali intelligenti che sono morbidi a basse velocità ma duri ad alte velocità
  • involucri protettivi per dispositivi elettronici flessibili ma che si induriscono in caso di caduta
  • materiali sicuri per i bambini, morbidi al tatto ma resistenti alle forze improvvise
  • stampi di fusione riutilizzabili che sono liquidi per la colata ma solidificano per la manipolazione
  • pannelli fonoassorbenti che si irrigidiscono per assorbire rumori forti e improvvisi
  • miscele di calcestruzzo intelligenti che resistono alle rapide forze di taglio sismiche
  • guanti per maneggiare oggetti delicati che si irrigidiscono se la pressione della presa diventa troppo elevata
Correlato a: ispessimento al taglio, dilatante, oobleck, amido di mais, viscosità, reologia, armatura liquida, inceppamento.

Contesto storico

Ispessimento da taglio (dilatanza)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

(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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