Ei-newtonilainen neste

Ei-newtonilaista nestettä kutsutaan nesteeksi , jonka aikana sen viskositeetti riippuu nopeusgradientista [1] [2] . Tyypillisesti tällaiset nesteet ovat erittäin epähomogeenisia ja koostuvat suurista molekyyleistä , jotka muodostavat monimutkaisia avaruudellisia rakenteita.

Yksinkertaisin havainnollistava kotitalousesimerkki on tärkkelyksen sekoitus pieneen määrään vettä. Mitä nopeampi ulkoinen vaikutus nesteeseen suspendoituneisiin sideainemakromolekyyleihin , sitä korkeampi on nesteen viskositeetti.

Historia

1600-luvun lopulla Isaac Newton huomasi, että nopeasti airoilla soutaminen on paljon vaikeampaa kuin jos se tekisi sen hitaasti . Hän muotoili lain, jonka mukaan leikkausvirtojen aikana nesteen kerrosten väliset leikkausjännitykset kasvavat suhteessa naapurikerrosten suhteelliseen liikenopeuteen (Newtonin alkuperäinen sanamuoto A. N. Krylovin käännöksessä : "Kestävyys, joka johtuu nesteen liukkauden oletetaan muuten samanlaisissa olosuhteissa olevan verrannollisia nopeuteen, jolla nesteen hiukkaset erottuvat toisistaan"). Newton kiinnitti lisäksi huomiota nesteiden ominaisuuksiin, kun hän yritti simuloida aurinkokunnan planeettojen liikettä pyörittämällä Aurinkoa edustavaa sylinteriä vedessä. Jos sylinterin pyöriminen säilyy, kierto siirtyy vähitellen koko nesteen massaan. Myöhemmin tällaisten nesteiden ominaisuuksien kuvaamiseen alettiin käyttää termejä "sisäinen kitka" ja " viskositeetti ", jotka saivat saman jakautumisen.

Nämä Newtonin teokset merkitsivät viskositeetin ja reologian tutkimuksen alkua (fysiikan haara, joka tutkii aineen muodonmuutoksia ja juoksevuutta).

Nesteiden reologiset mallit

Luokitus [3] [4] perustuu viskoosien jännitysten riippuvuuteen leikkausnopeudesta (nopeusgradientista) , jossa on virtausnopeus. ${\piste \gamma }=\left|{\frac {\partial {\vec v)){\osittinen z))\oikea|$ ${\vec {v}}$

Newtonin neste - lineaarinen laki: $\sigma =\alpha {\piste \gamma}$
Tehoneste on epälineaarinen, teholaki: $\sigma =\alpha {\piste \gamma }^{n}$
- Pseudoplastinen - hitailla liikkeillä viskositeetti on korkea, sitten laskee. $n<1$
- Laajentava neste - viskositeetti kasvaa nopeuden kasvaessa. $n>1$
Bingham-muovi (Bingham-neste, Bingham-malli) on samanlainen kuin kuivakitkamalli :

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

Hyvä esimerkki Bingham-nesteestä on maali - sideaineiden vaikutuksesta syntyy leikkausjännityksen kynnys ja se pystyy muodostamaan kiinteitä kerroksia pystypinnoille. Kaikki muut nesteet valuvat alas. Ei-newtonisilla nesteillä on myös mahdollista havaita muita epälineaarisuuteen tai kynnyksen olemassaoloon liittyviä vaikutuksia. On syytä huomata, että viskoosien jännitysten riippuvuuden monimutkaisuus pakottaa meidät luopumaan "perinteisestä" Navier-Stokes-yhtälöstä Newtonin nesteelle monimutkaistamalla viskoosien tensorimallia .

Erillinen tapaus ei-newtonilaisista nesteistä ovat tiksotrooppiset ja rheopex - nesteet [5] , joiden viskositeetti muuttuu ajan myötä.

Toinen luokitus on viskositeetin riippuvuuden mukaan leikkausnopeuden suuruudesta : $\eta$ ${\piste \gamma }$

${\frac {d\eta }{d{\dot \gamma ))}>0$ vastaa laajentavan nesteen tapausta;
${\frac {d\eta }{d{\piste \gamma ))}<0$ vastaa pseudoplastisen nesteen tapausta.

Tyypillisiä esimerkkejä laajentavista nesteistä ovat kiinteiden aineiden väkevöidyt suspensiot (kuten juoksuhiekka ); pseudoplastiset - polymeerisulat ja -liuokset.

Kulttuurissa

Suosittuja esimerkkejä ovat " Hand Gum " ja " Slime " lelut.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Wilkinson W. L. Ei-newtonilaiset nesteet. / per. englannista. - M. , 1964
↑ Astarita J., Marrucci J. Ei-newtonilaisten nesteiden hydromekaniikan perusteet. / per. englannista. - M., 1978.
↑ Reiner M. Rheology. / per. englannista. - M., 1965.
↑ Shulman 3. P. Keskusteluja reofysiikasta. - Mn. , 1976.
↑ Materiaalien reologisten ominaisuuksien tutkimus . Haettu 26. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 15. toukokuuta 2017. (määrätön)

Kirjallisuus

Wilkinson W. L. Ei-newtonilaiset nesteet. / per. englannista. - M. , 1964.
Astarita J., Marrucci J. Ei-newtonilaisten nesteiden hydromekaniikan perusteet. / per. englannista. - M., 1978.
Reiner M. Rheology. / per. englannista. - M., 1965.
Shulman 3. P. Keskusteluja reofysiikasta. - Mn. , 1976.

Linkit

TheBackyardScientist Non-Newtonin Fluid Experiments (käännös) YouTubessa
Kokeilut ei-newtonilaisen nesteen kanssa (video) Arkistoitu 3. joulukuuta 2010 Wayback Machinessa
Galileo-TV-ohjelma ei-newtonilaisella fluidilla YouTubessa
Just About Non-Newtonin Fluid YouTubessa
Ei- newtonilaiset nestekokeet YouTubessa
Ei-newtonilainen neste YouTube - kaiuttimen tärinässä