Ikke-newtonsk væske

En ikke-newtonsk væske kaldes en væske , hvor dens viskositet afhænger af hastighedsgradienten [1] [2] . Typisk er sådanne væsker meget inhomogene og består af store molekyler , der danner komplekse rumlige strukturer.

Det enkleste illustrative husholdningseksempel er en blanding af stivelse med en lille mængde vand. Jo hurtigere den ydre påvirkning på bindemiddelmakromolekylerne er suspenderet i væsken, jo højere er væskens viskositet.

Historie

I slutningen af det 17. århundrede bemærkede Isaac Newton , at det er meget sværere at ro hurtigt med årer, end hvis du gør det langsomt . Han formulerede loven, ifølge hvilken, under forskydningsstrømme, forskydningsspændinger mellem lag af en væske øges i forhold til den relative bevægelseshastighed af nabolag (Newtons oprindelige formulering i oversættelsen af A. N. Krylov : "Modstanden som følge af manglen på Væskens glathed, under ellers identiske forhold, antages at være proportional med den hastighed, hvormed væskens partikler adskilles fra hinanden"). Newton henledte desuden opmærksomheden på væskernes egenskaber, da han forsøgte at simulere bevægelsen af solsystemets planeter ved at rotere en cylinder, der repræsenterer Solen i vand. Hvis cylinderens rotation opretholdes, overføres rotationen gradvist til hele væskens masse. Efterfølgende, for at beskrive sådanne egenskaber af væsker, begyndte udtrykkene "indre friktion" og " viskositet " at blive brugt, som fik samme fordeling.

Disse værker af Newton markerede begyndelsen på studiet af viskositet og rheologi (en gren af fysik, der studerer deformation og fluiditet af stof).

Rheologiske modeller af væsker

Klassifikationen [3] [4] er baseret på afhængigheden af viskose spændinger af forskydningshastigheden (hastighedsgradient) , hvor er strømningshastigheden. ${\dot \gamma }=\venstre|{\frac {\partial {\vec v)){\partial z))\right|$ ${\vec {v}}$

Newtonsk væske - lineær lov: $\sigma =\alpha {\dot \gamma }$
Power fluid er ikke-lineær, effektlov: $\sigma =\alpha {\dot \gamma }^{n}$
- Pseudoplastisk - , med langsomme bevægelser er viskositeten høj, for derefter at falde. $n<1$
- Dilatant væske - viskositeten stiger med stigende hastighed. $n>1$
Bingham-plastik (Bingham-væske, Bingham-model) ligner tørfriktionsmodellen :

$\sigma ={\begin{cases}\sigma _{0}+\alpha {\dot \gamma },{\dot \gamma }>0\\-\sigma _{0}+\alpha {\dot \gamma },{\dot \gamma }<0\end{cases}}$

Et godt eksempel på en Bingham-væske er maling - på grund af bindemidlers påvirkning opstår der en tærskel for forskydningsspænding, og den er i stand til at danne faste lag på lodrette flader. Eventuelle andre væsker vil strømme ned. For ikke-newtonske væsker er det også muligt at observere andre effekter forbundet med ikke-linearitet eller eksistensen af en tærskel. Det er værd at bemærke, at komplikationen af afhængigheden af viskøse spændinger tvinger os til at opgive den "traditionelle" Navier-Stokes-ligning for en newtonsk væske ved at komplicere den viskøse tensormodel .

Et særskilt tilfælde af ikke-Newtonske væsker er thixotrope og rheopex- væsker [5] , hvis viskositet ændres med tiden.

En anden klassificering er i henhold til viskositetens afhængighed af størrelsen af forskydningshastigheden : $\eta$ ${\dot \gamma }$

${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}>0$ svarer til tilfældet med en dilatant væske;
${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}<0$ svarer til tilfældet med en pseudoplastisk væske.

Typiske eksempler på dilatantvæsker er koncentrerede suspensioner af faste stoffer (såsom kviksand ); pseudoplastisk - polymer smelter og opløsninger.

I kultur

Populære eksempler inkluderer " Hand Gum " og " Slime " legetøj.

Se også

Noter

↑ Wilkinson W. L. Ikke-newtonske væsker. / pr. fra engelsk. - M. , 1964
↑ Astarita J., Marrucci J. Fundamentals of hydromechanics of non-newtonian fluids. / pr. fra engelsk. - M., 1978.
↑ Reiner M. Rheology. / pr. fra engelsk. - M., 1965.
↑ Shulman 3. P. Samtaler om reofysik. - Mn. , 1976.
↑ Undersøgelse af materialers rheologiske egenskaber . Hentet 26. oktober 2008. Arkiveret fra originalen 15. maj 2017. (ubestemt)

Litteratur

Wilkinson W. L. Ikke-newtonske væsker. / pr. fra engelsk. - M. , 1964.
Astarita J., Marrucci J. Grundlæggende om hydromekanik af ikke-newtonske væsker. / pr. fra engelsk. - M., 1978.
Reiner M. Rheology. / pr. fra engelsk. - M., 1965.
Shulman 3. P. Samtaler om reofysik. - Mn. , 1976.