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Lei da Viscosidade de Newton

1687
  • Isaac Newton
Viscômetro em um laboratório de mecânica de fluidos para medição de viscosidade.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O cisalhamento de um fluido newtoniano stress é diretamente proporcional à taxa de cisalhamento strain. This linear relationship is defined by Newton’s law of viscosity: [latex]\tau = \mu \frac{du}{dy}[/latex], where [latex]\tau[/latex] is the shear stress, [latex]\mu[/latex] is the dynamic viscosity (a constant of proportionality), and [latex]\frac{du}{dy}[/latex] is the shear rate or velocity gradient.

A lei da viscosidade de Newton estabelece o princípio fundamental. equação constitutiva Para um fluido newtoniano, postula-se que, para um fluxo de cisalhamento simples, a força por unidade de área (tensão de cisalhamento, τ) necessária para mover uma camada de fluido em relação a outra é proporcional à taxa de variação da velocidade com a distância perpendicular ao fluxo (o gradiente de velocidade ou taxa de cisalhamento, du/dy). A constante de proporcionalidade, μ, é conhecida como viscosidade dinâmica, uma propriedade do material que mede a resistência do fluido ao fluxo. Para um fluido newtoniano, essa viscosidade é constante e depende apenas da temperatura e da pressão, não das forças que atuam sobre ele.

Este modelo linear é uma idealização, mas descreve com precisão muitos fluidos comuns, como água, ar e óleos simples, em condições típicas. O conceito é fundamental para a dinâmica dos fluidos, permitindo a derivação das equações de Navier-Stokes, que governam o movimento de substâncias fluidas viscosas. A lei implica que um fluido newtoniano começará a fluir imediatamente após a aplicação de qualquer tensão de cisalhamento, por menor que seja. Isso contrasta com não-newtoniano fluids, which may exhibit shear-thinning, shear-thickening, or require a minimum yield stress before flowing.

Historicamente, Isaac Newton propôs essa relação em sua obra *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica*, de 1687. Ele não a expressou na forma diferencial moderna, mas descreveu o conceito de um "defeito de lubrificação" ou atrito interno em fluidos. A formulação matemática moderna foi desenvolvida posteriormente por matemáticos e físicos como Cauchy e Stokes, que a incorporaram em uma estrutura mais geral para a mecânica dos meios contínuos.

UNESCO Nomenclature: 2206
Mecânica dos Fluidos

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • O trabalho de Evangelista Torricelli sobre efluxo de fluidos (Lei de Torricelli)
  • Princípios da hidrostática de Blaise Pascal (Lei de Pascal)
  • Leis do movimento de Isaac Newton
  • Desenvolvimento do cálculo por Newton e Leibniz

Aplicações

  • Projeto de dutos para transporte de água e petróleo
  • Análise aerodinâmica de asas e carrocerias de veículos
  • Teoria da lubrificação para rolamentos e engrenagens
  • modelagem de padrões climáticos e correntes oceânicas
  • processo químico Engenharia para vasos de mistura e reação

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • microfluidic devices with predictable flow for lab-on-a-chip diagnostics
  • smart lubricants with viscosity tuned by magnetic fields
  • advanced computational fluid dynamics (cfd) solvers for complex geometries
  • self-cleaning surfaces using controlled fluid sheeting
  • energy-efficient hydraulic systems using low-viscosity synthetic fluids
  • ultrassônico sensors for real-time viscosity measurement in industrial processes
  • bioreactors with optimized mixing for cell culture growth
  • novel food processing techniques based on precise flow control
Related to: newton’s law of viscosity, tensão de cisalhamento, shear rate, dynamic viscosity, newtonian fluid, fluid dynamics, constitutive equation, velocity gradient.

Contexto histórico

Lei da Viscosidade de Newton

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

(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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