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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 increases with the rate of sforzo di taglio. A classic example is a suspension of cornstarch in water (oobleck), which feels liquid when stirred slowly but becomes almost solid when struck or stirred rapidly. This phenomenon is caused by the jamming of suspended particles under high shear.

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".

A una velocità di taglio critica, questi idrocluster possono percolare attraverso il sistema, formando una rete rigida e soggetta a sollecitazioni che attraversa il fluido. Questa transizione da uno stato fluido a uno stato solido e congestionato è ciò che causa il drastico aumento della viscosità. Questo processo è reversibile: quando l'elevata sollecitazione di taglio viene rimossa, la rete di particelle si rompe e il materiale torna al suo stato fluido. Questa proprietà viene sfruttata in tecnologie come i giubbotti antiproiettile liquidi, in cui un materiale flessibile contenente un fluido che aumenta la sollecitazione di taglio diventa istantaneamente rigido all'impatto ad alta velocità di un proiettile, dissipando l'energia e proteggendo chi lo indossa.

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

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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)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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