chimica-online.it

Fluido non newtoniano

Che cosa è un fluido non newtoniano? Come si comporta?

Un fluido non newtoniano è un fluido la cui viscosità non assume un valore definito e varia al variare della velocità con cui viene misurata.

I fluidi non newtoniani si contrappongono ai fluidi newtoniani, ovvero quei fluidi che rispettano legge di Newton sulla viscosità.

Per meglio comprendere la caratteristica dei fluidi non newtoniani consideriamo il sistema riportato nella figura seguente nel quale un fluido è stato intrappolato tra due piani.

Sotto l'azione della forza F impressa esternamente e parallelamente alla superficie, lo strato superiore si muove alla velocità v.

Il piano inferiore è fermo, pertanto tutti gli strati intermedi si muovono con velocità decrescente da v a 0. Facciamo notare inoltre che il sistema non è soggetto ad accelerazioni in quanto la forza F è equilibrata dalle forze di attrito.

Nel caso di fluidi newtoniani vale la legge di Newton sulla viscosità:

Legge di Newton sula viscosità

in cui:

  • F = forza tangenziale che viene applicata (N);
  • A = superficie dei due piani (m2);
  • μ = viscosità (Pa·s);
  • v = differenza di velocità tra i due piani (m/s);
  • d = distanza tra i due piani (m).

Nella formula precedente:

  • il rapporto F/A rappresenta la tensione tangenziale (τ, si legga: tau);
  • il rapporto v/d rappresenta il gradiente di velocità.

Per un fluido newtoniano la tensione tangenziale (τ) è direttamente proporzionale al gradiente di velocità (v/d) e le due grandezze sono legate da un fattore di proporzionalità noto come viscosità dinamica del fluido (indicato con la lettera μ).

Comportamento dei fluidi non newtoniani

Rappresentando in un diagrammando cartesiano la tensione tangenziale τ in funzione del gradiente di velocità (v/d) - per i fluidi newtoniani - si ha una retta che passa per l'origine e la cui pendenza è proprio la viscosità μ; i fluidi che non rispettano tale andamento sono detti fluidi non newtoniani: al variare del gradiente di velocità - i fluidi non newtoniani - assumono quindi valori di viscosità diversi.

fluidi newtoniani e fluidi non newtoniani

Fluidi newtoniani e fluidi non newtoniani.

Tra i fluidi non newtoniani ricordiamo:

  • i fluidi di Bingham: non si deformano sino a quando τ non supera un valore minimo sopra il quale la viscosità rimane costante;
  • i fluidi non-Bingham: come i precedenti ma la viscosità non rimane costante;
  • i fluidi dilatanti: la viscosità aumenta all'aumentare del gradiente di velocità;
  • i fluidi pseudo-plastici: la viscosità diminuisce all'aumentare del gradiente di velocità.

Esempi di fluidi non newtoniani

Molti fluidi che contengono più fasi disperse hanno un comportamento non newtoniano: tra essi ricordiamo la maionese, il miele e la vernice.

Un esempio di fluido non newtoniano e, più in particolare, di fluido dilatante, può essere ottenuto mescolando acqua e amido di mais o acqua e fecola di patate.

Il lento inserimento di un cucchiaio all'interno della massa del fluido induce il fluido stesso a comportarsi come un liquido e pertanto, il cucchiaio, affonderà all'interno della massa del miscuglio.

Invece, il rapido inserimento di un cucchiaio all'interno della massa del fluido, induce il fluido stesso (in seguito all'aumentata viscosità) a comportarsi come un solido e pertanto - il cucchiaio - non riuscirà a penetrare la massa del fluido.

Ti lasciamo infine alcuni link che ti potrebbero interessare:

Che cos'è l'attrito viscoso?

Che cos'è e come viene definito un liquido?

Che cos'è la tixotropia?

Studia con noi