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Espessamento por cisalhamento (dilatância)

1885
  • Osborne Reynolds
Pesquisador demonstrando o comportamento de espessamento por cisalhamento da mistura de água e amido de milho na mecânica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O espessamento por cisalhamento, ou dilatância, é um não-newtoniano comportamento onde viscosidade increases with the rate of tensão de cisalhamentoUm exemplo clássico é uma suspensão de amido de milho em água (oobleck), que parece líquida quando agitada lentamente, mas torna-se quase sólida quando atingida ou agitada rapidamente. Esse fenômeno é causado pelo bloqueio de partículas em suspensão sob alta tensão de cisalhamento.

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”.

Em uma taxa de cisalhamento crítica, esses hidroaglomerados podem percolar por todo o sistema, formando uma rede rígida e resistente que atravessa o fluido. Essa transição de um estado fluido para um estado compactado, semelhante a um sólido, é o que causa o aumento drástico na viscosidade. Esse processo é reversível; quando a alta tensão de cisalhamento é removida, a rede de partículas se desfaz e o material retorna ao seu estado fluido. Essa propriedade é explorada em tecnologias como coletes à prova de balas líquidos, nos quais um material flexível contendo um fluido com comportamento de espessamento por cisalhamento se torna instantaneamente rígido com o impacto em alta velocidade de um projétil, dissipando a energia e protegendo o usuário.

UNESCO Nomenclature: 2210
Mecânica

Tipo

Propriedade física

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Observations of the behavior of wet sand by 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

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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)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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