Неньютоновская жидкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
⚙️  Механика сплошных сред
BernoullisLawDerivationDiagram.svg
Сплошная среда
См. также: Портал:Физика

Неньюто́новской жи́дкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости[1][2]. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше вязкость жидкости.

История[править | править вики-текст]

В конце XVII века Исаак Ньютон обратил внимание, что быстро грести вёслами гораздо тяжелее, нежели если делать это медленно. Он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на неё. Ньютон дополнительно обратил внимание на особенности жидкостей, когда пытался моделировать движение планет Солнечной системы посредством вращения цилиндра, изображавшего Солнце, в воде. Если поддерживать вращение цилиндра, то постепенно вращение передаётся всей массе жидкости. Впоследствии для описания подобных свойств жидкостей стали использовать термины «внутреннее трение» и «вязкость», получившие одинаковое распространение.

Эти работы Ньютона положили начало изучению вязкости и реологии (раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества).

Реологические модели жидкостей[править | править вики-текст]

Классификация[3][4] производится по зависимости вязких напряжений от скорости сдвига (градиента скорости) , где  — скорость течения.

  • Ньютоновская жидкость — линейный закон:
  • Степенная жидкость — нелинейная, закон степенной:
    • Псевдопластик — , при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.
    • Дилатантная жидкость — , вязкость растёт с увеличением скорости.
  • Бингамовский пластик — модель Бингама подобна модели сухого трения:

Наглядным примером бингамовской жидкости является краска — за счёт действия связующих веществ возникает порог для напряжения сдвига, и она способна образовывать неподвижные слои на вертикальных поверхностях. Любые другие жидкости будут стекать вниз. Для неньютоновских жидкостей возможно наблюдение и других эффектов, связанных с нелинейностью либо существованием порога. Стоит отметить, что усложнение зависимости вязких напряжений заставляет отказаться от «традиционного» уравнения Навье — Стокса для ньютоновской жидкости путём усложнения модели вязкого тензора.

Отдельным случаем неньютоновских жидкостей являются тиксотропные и реопексные жидкости[5], вязкость которых изменяется с течением времени.

Другая классификация — по зависимости вязкости от величины скорости сдвига :

  • соответствует случаю дилатантной жидкости;
  • соответствует случаю псевдопластической жидкости.

Типичными примерами дилатантных жидкостей являются концентрированные суспензии твёрдых частиц (например, зыбучий песок); псевдопластических — полимерные расплавы и растворы.


В культуре[править | править вики-текст]

«Жвачка для рук» в покое проявляет свойства жидкости.

В качестве популярных примеров можно привести игрушки «Жвачка для рук» и «Лизун».

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. / пер. с англ. — М., 1964
  2. Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей. / пер. с англ. — М., 1978.
  3. Рейнер М. Реология. / пер. с англ. — М., 1965.
  4. Шульман 3. П. Беседы о реофизике. — Мн., 1976.
  5. Изучение реологических свойств материалов

Литература[править | править вики-текст]

  • Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. / пер. с англ. — М., 1964.
  • Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей. / пер. с англ. — М., 1978.
  • Рейнер М. Реология. / пер. с англ. — М., 1965.
  • Шульман 3. П. Беседы о реофизике. — Мн., 1976.

Ссылки[править | править вики-текст]