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Definizione di fluido non newtoniano

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

A non-Newtonian fluid is one whose viscosity changes under an applied shear stress. 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 shear-thinning (viscosity decreases with stress) or ispessimento da taglio (viscosity increases with 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].

This behavior arises from the fluid’s internal microstructure, such as long polymer chains, suspended particles, or emulsions. When a shear force is applied, these microstructures can align, deform, or rearrange, altering the fluid’s resistance to flow. For example, in a polymer solution (a shear-thinning fluid), the randomly coiled polymer chains untangle and align with the flow direction under high shear, reducing internal friction and thus viscosity. Conversely, in a concentrated suspension like cornstarch in water (a shear-thickening fluid), the particles may jam together under high shear, drastically increasing viscosity.

The study of these complex flow behaviors is called rheology. Understanding a fluid’s non-Newtonian properties is critical in many industrial processes, from pumping and mixing to rivestimento and molding, as the processing conditions directly influence the material’s behavior.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Isaac Newton’s law of viscosity (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

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