Ньютоновские и неньютоновские жидкости
Все жидкости классифицируются на два типа в зависимости от вязкости как Ньютоновские жидкости и Неньютоновские жидкости. Наши статьи цитируют. Сплошная среда. Логвинов , асп. Справочник Автор24 Статьи от экспертов Физика Физика жидкостей Физика неньютоновской жидкости Используй нейросеть AvtorGPT для своей учебы Создали собственный искусственный интеллект, чтобы помочь тебе с учебой в пару минут.
Но мы можем принять некоторые распространенные жидкости, такие как вода, как ньютоновские жидкости. Название Ньютоновская жидкость происходит от Исаака Ньютона, который был первым ученым, использовавшим дифференциальное уравнение для постулирования взаимосвязи между напряжением сдвига и скоростью сдвига у жидкостей.
Неньютоновские жидкости — это жидкости, которые имеют переменную вязкость и переменную зависимость от напряжения сдвига. Они так называются, так как эти жидкости не следуют закону вязкости Ньютона.
Вязкость этих жидкостей может изменяться под действием силы, то есть некоторые жидкости, становятся более жидкими при встряхивании. Большинство известных нам жидкостей — это неньютоновские жидкости. Многие солевые растворы, расплавленные полимеры и многие другие жидкости относятся к этой группе жидкостей в зависимости от вязкости. Яркий пример Неньютоновской жидкости это крахмал разведённый с водой. Хотя мы используем термин вязкость в механике жидкости для описания сдвиговых свойств жидкости, этот параметр неполностью описывает свойства неньютоновских жидкостей.
Существуют различные поведенческие характеристики неньютоновских жидкостей, включая вязкоупругость, зависящую от времени вязкость и другие характеристики. Все жидкости классифицируются на два типа в зависимости от вязкости как Ньютоновские жидкости и Неньютоновские жидкости. Основное различие между Ньютоновскими и Неньютоновскими жидкостями заключается в том, что Ньютоновские жидкости имеют постоянную вязкость, тогда как Неньютоновские жидкости имеют переменную вязкость.
Кроме того, при рассмотрении скорости сдвига и напряжения сдвига в ньютоновских жидкостях наблюдается нулевая скорость сдвига при нулевом напряжении сдвига. Это означает, что скорость сдвига в такой жидкости прямо пропорциональна напряжению сдвига.
Однако Неньютоновские жидкости имеют переменную связь между скоростью сдвига и напряжением сдвига. Хотя большинство известных нам жидкостей являются Неньютоновскими жидкостями, вода считается Ньютоновской жидкостью при нормальных условиях. Однако почти все соли, расплавленный полимерный материал, кровь, зубная паста, краска, кукурузный крахмал и многие другие разновидности жидкостей являются Неньютоновскими жидкостями. Неньютоновские жидкости, тем временем, способны демонстрировать другое значение этого параметра, что приводит к очень интересным эффектам.
Неньютоновские жидкости подразделяются на несколько категорий. Есть, например, дилатанты, которые при приложении к ним силы увеличивают вязкость. Это, в частности, зыбучий песок, «жвачка для рук» и смесь крахмала с водой. В последнем случае, если легонько пошевелить в растворе пальцами, крошечные частички крахмала свободно перемещаются вместе с молекулами воды, однако если сильно надавить, крахмал затвердеет, причем на удивление плотно.
Если в бассейн, наполненный водой, насыпать достаточное количество крахмала, то по образовавшейся поверхности можно будет бегать, аки посуху. Главное — не оскорбить чувства верующих :. Другие жидкости при приложении силы теряют вязкость. Это, например, кетчуп, относящийся к категории псевдопластиков. В обычном состоянии он просто находится внутри бутылки, но если несколько раз стукнуть по названному сосуду, он начнет выливаться.
Кетчуп состоит из полимеров — длинных цепочек атомов. Изначально они запутаны, благодаря чему крепко держатся друг за друга.
При встряхивании эти структуры растягиваются и выравниваются — именно в этот момент красная жидкость проливается на картофель, мясо, курицу, брюки и рубашку :. При этом, многие примеры странного поведения неньютоновских жидкостей не имеют пока объяснения. Не так давно ученым удалось найти ответ на загадку, существующую уже более 50 лет.
Она дала о себе знать в х годах прошлого века в процессе извлечения нефти посредством жидкостей, содержащих длинноцепные полимеры. Закачка этих вытесняющих растворов в грунт происходила штатно лишь до определенной скорости подачи, но при преодолении этого рубежа жидкость становилась намного более вязкой.
Случалось это только при прохождении раствора через пористые породы, оказывавшие ощутимое сопротивление. Если же «отпора» не было, вязкость при увеличении скорости закачки падала, как у того же кетчупа.
Какое-то время считалось, что полимеры закупоривают поры в породах, но это не объясняло, почему раствор снова становился текучим после снижения скорости потока. Объяснение данному феномену было предложено в конце года. Авторы этого исследования создали из стеклянных бусин среду, имитирующую ту, что находится под землей.
Затем был получен полимерный раствор с коэффициентом преломления, как у стекла — это позволило добиться одинаковой рефракции жидкости и твердого вещества. Чтобы увидеть траекторию движения раствора между гранулами, ученые добавили в него красный краситель, который при облучении лазером излучал свет на определенной длине волны.
Для визуализации перемещения жидкости были использованы частицы-индикаторы, светящиеся другим цветом под воздействием ещё одного лазера. В результате возникает давление на соседние молекулы и создается так называемая «эластичная турбулентность», в результате появляются вихри и замедляется поток. Схема получилась довольно мудреной, однако она показала, что жидкость разбивается на слои, перемещающиеся с разной интенсивностью, а длинные полимеры при увеличении скорости движения начинают «кувыркаться».
Исследователи считают, что их выводы относительно того, почему вытесняющие жидкости обретают внезапную вязкость, могут привести к разработке, например, новых методов очистки грунтовых вод.
Возможно и появление неких полимерсодержащих растворов, которые будут фильтровать воду, прогоняя её через те или иные породы.
