I fluidi non newtoniani

I FLUIDI NON
NEWTONIANI
Si definisce fluido non newtoniano un fluido la cui viscosità varia a seconda dello sforzo di taglio
che vieni applicato
La viscosità si può immaginare come la forza che occorrerebbe applicare a uno strato di fluido appartenente al
piano fisso per raggiungere la velocità dello strato posto a una distanza fissa. Ad esempio un fluido in un tubo
scorre a velocità diverse: la velocità minima è nel bordo della sezione (a causa dell'attrito) e la velocità
massima è al centro. La viscosità in questo esempio è quella pressione che, esercitata sulla parete, permette
una velocità costante su tutta la sezione.
Lo sforzo di taglio, o sforzo tangenziale, invece è uno degli sforzi elementari cui può essere soggetto un corpo.
Ad esempio nei materiali solidi lo sforzo di taglio è uno stato di tensione in cui la forza di un materiale tende a
cambiare.
Un fluido non newtoniano non ha un valore definito di viscosità, il quale dipende dall’intensità della forza che gli
viene applicata ad una certa velocità; dunque per un breve lasso di tempo varia il suo stato (da liquido a solido
o viceversa) acquisendone le caratteristiche. Ogni liquido non newtoniano è quindi un fluido che non segue le
leggi di newton sulla fluidodinamica. Secondo Newton, infatti, la viscosità di un fluido è indipendente dalla
forza, a una certa velocità , a cui esso è sottoposto .
Alcuni esempi di fluidi non newtoniani comuni sono rappresentati dal sangue, dall’asfalto, dal dentifricio, dalla
maionese, dal ketchup e dall’amido di mais (usato nell’esperimento). Tipicamente, quindi, ad avere tali
caratteristiche sono i liquidi in sospensione, formati da una fase solida di particelle finissime in sospensione in
un solvente, che costituisce la fase liquida.
Questi tipi di fluidi non newtoniani la cui viscosità dipende dal tempo si dividono in:
- fluidi reopessici: sono sostanze che tendono ad aumentare la propria viscosità con il trascorrere del
tempo se sottoposte a forze di taglio; tale variazione di viscosità dipende dalla velocità con cui tale forza
viene applicata. Essendo formato da una fase liquida e una solida, a bassi valori di velocità, le particelle in
sospensione nel liquido agiscono come particelle lubrificate dove la fase solida si muove in funzione del moto
della fase liquida. Con l’aumentare della velocità la fase solida non viene sufficientemente dispersa nella fase
liquida e le particelle solide in sospensione subiscono un fenomeno di “impaccamento”. Ciò è dovuto
all’assenza dei moti browniani allorquando la sospensione diventa più densa nell’elemento solido rispetto
all’elemento liquido, e quindi pur mantenendo all’apparenza la forma liquida è a tutti gli effetti fisicamente un
solido. L’incremento di viscosità, ad esempio, permette alle automobili di poter essere guidate sulla spiaggia,
infatti la veloce rotazione delle ruote sulla sabbia bagnata, provoca “l’impaccamento” della fase solida,
impedendo alle auto di impantanarsi. Un altro esempio poù essere quello della reazione degli studenti di una
classe al suono della campanella: se gli alunni si precipitano alla porta tutti insieme si verrà a formare una
sorta di “tappo” che inpedirà a chiunque di uscire, se invece uno dopo l’altro ogni singolo studente si dirige
ordinatamente verso l’uscita, tutti riusciranno uscire.
La reopessia è anche alla base del curioso comportamento delle sabbie mobili: queste sono costituite da una
miscela satura di acqua e sabbia. Generalmente si trovano alle foci dei fiumi i cui letti d’acqua sono
parzialmente riempiti di sabbia sotto cui si trova uno strato di argilla che ne impedisce il drenaggio. Il
malcapitato che vi finisce dentro, istintivamente si agita per liberarsi: purtroppo le forze di taglio associate a
questa azione provocano un aumento di viscosità delle masse sabbiose appena smosse che generano un
effetto di risucchio.
L’amido di mais in acqua da origine ad una sospensione con comportamento reopessico; infatti reagisce al
sollecitamento di una forza aumentando la propria viscosità. L’applicazione rapida di una forza, per esempio
colpendone la superficie con un dito, induce il fluido a comportarsi come un solido. Applicando forze più deboli,
come il lento inserimento di un cucchiaio nel fluido, la sostanza manterrà il suo stato liquido, senza opporre
resistenza. L’esperimento che abbiamo condotto sfrutta questa capacità dell’amido di mais, facendo vibrare
con le onde sonore emesse da un subwoofer la pellicola su cui poggia il fluido non newtoniano, essa trasmette
una forza al liquido modificandone il comportamento.
Alcune foto fatte durante la realizzazione del nostro esperimento:
- Prima:
- Dopo:
- Infine:
-FLUIDI TISSOTROPICI (O TIXOTROPICI): sono sostanze che, al contrario di quelle
reopessiche, tendono a diminuire la propria viscosità con il trascorrere del tempo se sottoposte a forze di
taglio. Tale variazione di viscosità dipende dalla velocità e dall’intensità
dall’intensità con cui tale forza viene applicata,
infatti se una sostanza possiede forze interne (intermolecolari) che impediscono il suo moto al di sotto di un
determinato valore di sforzo di taglio, la sostanza stessa non inizierà il suo movimento fintanto che tale valore
non verrà superato. Un classico esempio è quello della vernice: essa deve scorrere sotto lo sforzo di taglio
determinato dal tipo di applicazione usato (pennello o rullo), ma poi deve rapprendersi non appena cessi
l’effetto della forza applicata.
ta. Altri esempi sono: miele, ketchup, dentifricio e alcune creme.