مقالات
در حال خواندن
سیال نیوتنی و سیال غیر نیوتنی
0

سیال نیوتنی و سیال غیر نیوتنی

توسط میلاد سکاکی۴ اسفند, ۱۳۹۵

سیال (Fluid) در علم فیزیک به ماده ای اطلاق می شود که به طور مداوم تحت تنش برشی تغییر شکل دهداما جامدات اما جامدات ایگونه نیستند. سیالات فازهای مختلفی دارند از جمله مایعات، گازها، پلاسما و تا حدی مواد جامد پلاستیکی. اگر چه اصطلاح “سیال” برای مایعات و گازها استفاده می شود اما در متون تخصصی بیشتر برای مایعات یا مخلوط مایع و گاز به کار می رود.

در بین موادی که به طور معمول به عنوان سیال شناخته می شوند ، تفاوت بسیاری در رفتارشان با توجه به تنشی که تحمل می کنند مشاهده می شود.ایزاک نیوتن مطالعات بسیار گسترده ای در زمینه‌های مختلف داشت: اپتیک، گرانش، امواج، ریاضیات، نجوم، تاریخ، مذهب، علم کیمیا و … . نیوتن در کنار همه این مطالعات روی نجوه جریان یافتن سیالات مختلف هم مطالعه می‌کرد و این مطالعات به قدری مهم و راهگشا بود که یک شاخه در دینامیک سیالات به نام نیوتن ایجاد شد. نیوتن روی تاثیر فشار بر نحوه جریان یافتن سیالات معمولی مثل آب کار می‌کرد؛ اینکه چطور این سیالات صرف نظر از میزان فشاری که به آنها وارد می‌شود، به یک شکل حرکت می‌کنند. اگر یک همزن را داخل یک ظرف پر از آب فرو کنید و شروع به هم زدن آب کنید، فرقی نمی‌کند چقدر سریع یا آرام آب را هم می‌زنید، گرانروی آب تغییر نخواهد کرد.

گرانروی مواد مختلف در یک تصویر

بسیاری از مایعاتی که ما در روز با آنها سر و کار داریم، دقیقاً همین رفتار را دارند: روغن، نفت، آب، شیر و آبمیوه. اما سیالات دیگری هم هستند که چنین رفتاری ندارند؛ اینها همان سیالات غیر نیوتنی هستند. در یک سیال غیر نیوتنی گرانروی با توجه به میزان فشار اعمال شده بر سیال تغییر می‌کند. اتفاقی که نیوتن آن را نمی‌پسندد.

سیالاتی که از قانون ویسکوزیته نیوتن (Newton’s Law of Viscosity ) معادله پیروی می کنند و دارای (μ ( Dynamic Viscosity  ثابتی می باشند به عنوان سیالات نیوتنی شناخته می شوند.سیال غیر نیوتنی، سیالی است که گرانروی آن با نرخ کرنش وارد بر آن تغییر می‌کند. در نتیجه چنین سیالاتی فاقد گرانروی معین هستند. مانند: صابون‌های مایع و لوازم آرایشی، غذاهایی مانند کره، پنیر، مربا، کچاپ، مایونز، سوپ و ماست، مواد طبیعی مانند ماگما، گدازه، آدامس و عصارها مانند عصارهٔ وانیل، سیالات بیولوژیکی مانند خون، بزاق و مایع سینوویال (مایع مفصلی)، امولسیون مانند سس مایونز و برخی از انواع دیسیرسیون.

سیال نیوتونی و سیال غیر نیوتونی

در صورت ضربه به مخلوط آب و نشاسته، مشت شما به آب فرو نرفته و محلول مانند یک جامد عمل میکند

تفاوت اساسی این سیالات با سیالات نیوتنی در معادلات ساختاری آنها می باشد که بیانگر رابطه بین تنش و نرخ برش است. این معادلات ساختاری که در سیالات غیرنیوتنی، شکلی پیچیده تر از سیالات نیوتنی دارد، معادلات بقاء را تحت تأثیر قرار داده و سبب می­شود که این معادلات نیز به نوبه خود پیچیده تر شوند.در سیالات نیوتونی، رابطهٔ بین تغییرات تنش برشی و نرخ تنش اعمال شده به صورت خطی است و ضریب ثابت تبدیل کنندهٔ این تناسب خطی به معادله، همان لزجت یا گرانروی است؛ ولی در سیالات غیر نیوتونی، دیگر اثری از رابطهٔ خطی میان تغییرات تنش برشی و نرخ تنش اعمال شده نیست و در این طیف از سیالات، مدت زمان اعمال تنش نقش مهمی در تنش برشی حاصل شونده ایجاد می‌کند. در نتیجه در سیالات غیرنیوتونی ضریبی ثابت مانند لزجت برای توصیف وضعیت تنش برشی معنا ندارد.

اوبلک یک سیال غیر نیوتنی

وقتی نشاسته ذرت را با آب مخلوط می‌کنید، دانه‌های نشاسته در آب معلق می‌شوند و یک ماده عجیب با خواص غیر نیوتنی ایجاد می‌کنند. وقتی روی اوبلک کمی‌فشار اعمال می‌کنید، اتفاقی می‌افتد که نیوتند انتظار آن را ندارد : گرانروی مایع افزایش می‌یابد نه کاهش. در نقطه ای که فشار وارد کرده اید، ذرات نشاسته در هم فرو می‌روند و مولکول‌های آب را میان خودشان به دام می‌اندازند و اوبلک بطور موقت تبدیل به یک ماده نیمه جامد می‌شود. منبع این فشار می‌تواند هر چیزی باشد؛ از ارتعاش صوتی گرفته یا یک ظرف که مرتب تکان داده می‌شود.

واکنش شما چیست؟
I like it
68%
interested
21%
Hate it
11%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید