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Legge di Newton sulla viscosità

1687
  • Isaac Newton
Viscometro in un laboratorio di meccanica dei fluidi per la misurazione della viscosità.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Taglio di un fluido newtoniano stress è direttamente proporzionale alla velocità di taglio sottoporre a tensioneQuesta relazione lineare è definita dalla legge di viscosità di Newton: τ = μ du/dy, dove τ è lo sforzo di taglio, μ è la viscosità dinamica (una costante di proporzionalità) e du/dy è il gradiente di velocità di taglio.

La legge di viscosità di Newton stabilisce il principio fondamentale equazione costitutiva per un fluido newtoniano. Postula che per un flusso di taglio semplice, la forza per unità di area (sforzo di taglio, τ) necessaria per spostare uno strato di fluido rispetto a un altro è proporzionale alla velocità con cui la velocità cambia con la distanza perpendicolarmente al flusso (il gradiente di velocità o velocità di taglio, dudy). La costante di proporzionalità, μ, è nota come viscosità dinamica, una proprietà del materiale che misura la resistenza del fluido al flusso. Per un fluido newtoniano, questa viscosità è costante e dipende solo dalla temperatura e dalla pressione, non dalle forze che agiscono su di esso.

Questo modello lineare è un'idealizzazione ma descrive accuratamente molti fluidi comuni come acqua, aria e oli semplici in condizioni tipiche. Il concetto è fondamentale per la fluidodinamica, consentendo la derivazione delle equazioni di Navier-Stokes, che governano il movimento delle sostanze fluide viscose. La legge implica che un fluido newtoniano inizierà a fluire immediatamente all'applicazione di qualsiasi sforzo di taglio, non importa quanto piccolo. Questo contrasta con non newtoniano fluidi che possono presentare assottigliamento per taglio, ispessimento per taglio o richiedere una tensione di snervamento minima prima di scorrere.

Storicamente, Isaac Newton propose questa relazione nel suo *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica* del 1687. Non la espresse nella moderna forma differenziale, ma descrisse il concetto di un "difetto di lubrificazione", ovvero di attrito interno nei fluidi. La moderna formulazione matematica fu sviluppata in seguito da matematici e fisici come Cauchy e Stokes, che la incorporarono in un quadro più generale per la meccanica del continuo.

UNESCO Nomenclature: 2206
- Meccanica dei fluidi

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Il lavoro di Evangelista Torricelli sull'efflusso di fluidi (Legge di Torricelli)
  • I principi dell'idrostatica di Blaise Pascal (Legge di Pascal)
  • Le leggi del moto di Isaac Newton
  • Sviluppo del calcolo da parte di Newton e Leibniz

Applicazioni

  • progettazione di condotte per il trasporto di acqua e petrolio
  • analisi aerodinamica delle ali e delle carrozzerie dei veicoli
  • teoria della lubrificazione per cuscinetti e ingranaggi
  • modellazione dei modelli meteorologici e delle correnti oceaniche
  • processo chimico ingegneria per recipienti di miscelazione e reazione

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • dispositivi microfluidici con flusso prevedibile per la diagnostica lab-on-a-chip
  • lubrificanti intelligenti con viscosità regolata da campi magnetici
  • risolutori avanzati di fluidodinamica computazionale (cfd) per geometrie complesse
  • autopulente surfaces using controlled fluid sheeting
  • sistemi idraulici ad alta efficienza energetica che utilizzano fluidi sintetici a bassa viscosità
  • ultrasonico sensors for real-time viscosity measurement in industrial processes
  • bioreattori con miscelazione ottimizzata per la crescita delle colture cellulari
  • nuove tecniche di lavorazione alimentare basate sul controllo preciso del flusso
Related to: newton’s law of viscosity, sforzo di taglio, shear rate, dynamic viscosity, newtonian fluid, fluid dynamics, constitutive equation, velocity gradient.

Contesto storico

Legge di Newton sulla viscosità

1650
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1650
1650
1678
1687
1687
1738
1750
1785

(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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