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Espessamento por cisalhamento (dilatância)

1885
  • Osborne Reynolds
Researcher demonstrating shear-thickening behavior of cornstarch-water mixture in mechanics.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O espessamento por cisalhamento, ou dilatância, é um não-newtoniano comportamento onde viscosidade increases with the rate of shear stress. 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.

O mecanismo por trás do espessamento por cisalhamento em suspensões concentradas é frequentemente atribuído à formação de hidroaglomerados e ao bloqueio. Em baixas taxas de cisalhamento, as partículas em suspensão são lubrificadas pelo líquido circundante e podem se mover umas sobre as outras com relativa facilidade. À medida que a taxa de cisalhamento aumenta, as partículas são forçadas a se aproximarem. A camada lubrificante de fluido entre elas se torna mais fina e fortes forças hidrodinâmicas de curto alcance fazem com que as partículas formem aglomerados transitórios, ou “hidroaglomerados”.

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 viscosidade. This process is reversible; when the high tensão de cisalhamento 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
Mecânica

Tipo

Propriedade física

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Observações do comportamento da areia molhada por Osborne Reynolds
  • Estudos de suspensões coloidais concentradas
  • Desenvolvimento de reômetros para o estudo de fenômenos de alto cisalhamento

Aplicações

  • armadura corporal líquida (ex.: d3o) que endurece com o impacto.
  • Sistemas de controle de tração onde o fluido se torna mais viscoso para travar um diferencial
  • Materiais para preenchimento de buracos que fluem para dentro das rachaduras, mas endurecem sob a pressão do tráfego.
  • Equipamento de proteção para esportes
  • amortecedores sísmicos para edifícios

Patentes:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

Ideias de Inovação Potencial

  • adaptive sports shoe soles that stiffen on impact for better support
  • smart road bumps that are soft at low speeds but hard at high speeds
  • protective casings for electronics that are flexible but harden when dropped
  • child-safe materials that are soft to the touch but resist sudden forces
  • reusable casting molds that are liquid for pouring but solidify for handling
  • sound-dampening panels that stiffen to absorb loud, sudden noises
  • intelligent concrete mixtures that resist rapid seismic shear forces
  • gloves for handling delicate objects that stiffen if grip pressure becomes too high
Relacionado a: espessamento por cisalhamento, dilatante, oobleck, amido de milho, viscosidade, reologia, armadura corporal líquida, entupimento.

Contexto histórico

Espessamento por cisalhamento (dilatância)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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