Неньютоновская жидкость
| Механика сплошных сред | ||||||||||
| ||||||||||
| 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.
Содержание
Реологические модели жидкостей[3][4]
Классификация производится по зависимости вязких напряжений от скорости сдвига (градиента скорости) <math>\dot \gamma = \left| \frac{\partial \vec v}{\partial z} \right|</math>, где <math>\vec v</math> — скорость течения.
- Ньютоновская жидкость — линейный закон: <math>\sigma = \alpha \dot \gamma </math>
- Степенная жидкость — нелинейная, закон степенной: <math>\sigma = \alpha \dot \gamma^n </math>
- Псевдопластик — <math>n < 1 </math>, при медленных движениях вязкость велика, затем убывает.
- Дилатантная жидкость — <math>n > 1 </math>, вязкость растёт с увеличением скорости.
- Бингамовский пластик — модель Бингама подобна модели сухого трения: <math>\sigma = \begin{cases}
\sigma_0 + \alpha \dot \gamma, \dot \gamma > 0 \\ -\sigma_0 + \alpha \dot \gamma, \dot \gamma < 0 \end{cases} </math>
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 <math>\eta</math> от величины скорости сдвига <math>\dot\gamma</math>:
- <math>\frac{d\eta}{d\dot\gamma}>0</math> соответствует случаю дилатантной жидкости;
- <math>\frac{d\eta}{d\dot\gamma}<0</math> соответствует случаю псевдопластической жидкости.
Типичными примерами дилатантных жидкостей являются концентрированные суспензии твёрдых частиц (например зыбучий песок); псевдопластических — полимерные расплавы и растворы.
В культуре
В качестве популярных примеров можно привести игрушки «Жвачка для рук» и «Лизун».
См. также
Напишите отзыв о статье "Неньютоновская жидкость"
Примечания
- ↑ Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964
- ↑ Астарита Д ж., Марруччи Д ж., Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978
- ↑ Рейнер М., Реология, пер. с англ., М., 1965
- ↑ Шульман 3. П., Беседы о реофизике, Минск, 1976
- ↑ [tirit.org/articles/rheology_01.php Изучение реологических свойств материалов]
Литература
- Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., М., 1964
- Астарита Д ж., Марруччи Д ж., Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей, пер. с англ., М., 1978
- Рейнер М., Реология, пер. с англ., М., 1965
- Шульман 3. П., Беседы о реофизике, Минск, 1976
Ссылки
- [youtube.com/watch?v=gs5u73y7RPE TheBackyardScientist Эксперименты с неньютоновской жидкостью (перевод)] на YouTube
- [univertv.ru/video/fizika/opyty/eksperimenty_s_nenyutonovskoj_zhidkostyu/ Эксперименты с неньютоновской жидкостью (видео)]
- [youtube.com/watch?v=unfbSxDLYi4 Телепрограмма Галилео о неньютоновской жидкости] на YouTube
- [youtube.com/watch?v=zTXN5t5K2Co Просто о неньютоновской жидкости] на YouTube
- [youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU Эксперименты с неньютоновской жидкостью] на YouTube
- [youtube.com/watch?v=3zoTKXXNQIU Неньютоновская жидкость под действием вибрации от динамика] на YouTube
Отрывок, характеризующий Неньютоновская жидкость
– Что ж, когда ехать то, ваше сиятельство?– Да вот… (Анатоль посмотрел на часы) сейчас и ехать. Смотри же, Балага. А? Поспеешь?
– Да как выезд – счастлив ли будет, а то отчего же не поспеть? – сказал Балага. – Доставляли же в Тверь, в семь часов поспевали. Помнишь небось, ваше сиятельство.
– Ты знаешь ли, на Рожество из Твери я раз ехал, – сказал Анатоль с улыбкой воспоминания, обращаясь к Макарину, который во все глаза умиленно смотрел на Курагина. – Ты веришь ли, Макарка, что дух захватывало, как мы летели. Въехали в обоз, через два воза перескочили. А?
– Уж лошади ж были! – продолжал рассказ Балага. – Я тогда молодых пристяжных к каурому запрег, – обратился он к Долохову, – так веришь ли, Федор Иваныч, 60 верст звери летели; держать нельзя, руки закоченели, мороз был. Бросил вожжи, держи, мол, ваше сиятельство, сам, так в сани и повалился. Так ведь не то что погонять, до места держать нельзя. В три часа донесли черти. Издохла левая только.
Анатоль вышел из комнаты и через несколько минут вернулся в подпоясанной серебряным ремнем шубке и собольей шапке, молодцовато надетой на бекрень и очень шедшей к его красивому лицу. Поглядевшись в зеркало и в той самой позе, которую он взял перед зеркалом, став перед Долоховым, он взял стакан вина.
– Ну, Федя, прощай, спасибо за всё, прощай, – сказал Анатоль. – Ну, товарищи, друзья… он задумался… – молодости… моей, прощайте, – обратился он к Макарину и другим.
Несмотря на то, что все они ехали с ним, Анатоль видимо хотел сделать что то трогательное и торжественное из этого обращения к товарищам. Он говорил медленным, громким голосом и выставив грудь покачивал одной ногой. – Все возьмите стаканы; и ты, Балага. Ну, товарищи, друзья молодости моей, покутили мы, пожили, покутили. А? Теперь, когда свидимся? за границу уеду. Пожили, прощай, ребята. За здоровье! Ура!.. – сказал он, выпил свой стакан и хлопнул его об землю.
– Будь здоров, – сказал Балага, тоже выпив свой стакан и обтираясь платком. Макарин со слезами на глазах обнимал Анатоля. – Эх, князь, уж как грустно мне с тобой расстаться, – проговорил он.
– Ехать, ехать! – закричал Анатоль.
Балага было пошел из комнаты.
– Нет, стой, – сказал Анатоль. – Затвори двери, сесть надо. Вот так. – Затворили двери, и все сели.
– Ну, теперь марш, ребята! – сказал Анатоль вставая.
Лакей Joseph подал Анатолю сумку и саблю, и все вышли в переднюю.
– А шуба где? – сказал Долохов. – Эй, Игнатка! Поди к Матрене Матвеевне, спроси шубу, салоп соболий. Я слыхал, как увозят, – сказал Долохов, подмигнув. – Ведь она выскочит ни жива, ни мертва, в чем дома сидела; чуть замешкаешься, тут и слезы, и папаша, и мамаша, и сейчас озябла и назад, – а ты в шубу принимай сразу и неси в сани.
Лакей принес женский лисий салоп.
– Дурак, я тебе сказал соболий. Эй, Матрешка, соболий! – крикнул он так, что далеко по комнатам раздался его голос.
Красивая, худая и бледная цыганка, с блестящими, черными глазами и с черными, курчавыми сизого отлива волосами, в красной шали, выбежала с собольим салопом на руке.
– Что ж, мне не жаль, ты возьми, – сказала она, видимо робея перед своим господином и жалея салопа.
Долохов, не отвечая ей, взял шубу, накинул ее на Матрешу и закутал ее.
– Вот так, – сказал Долохов. – И потом вот так, – сказал он, и поднял ей около головы воротник, оставляя его только перед лицом немного открытым. – Потом вот так, видишь? – и он придвинул голову Анатоля к отверстию, оставленному воротником, из которого виднелась блестящая улыбка Матреши.
– Ну прощай, Матреша, – сказал Анатоль, целуя ее. – Эх, кончена моя гульба здесь! Стешке кланяйся. Ну, прощай! Прощай, Матреша; ты мне пожелай счастья.
– Ну, дай то вам Бог, князь, счастья большого, – сказала Матреша, с своим цыганским акцентом.
У крыльца стояли две тройки, двое молодцов ямщиков держали их. Балага сел на переднюю тройку, и, высоко поднимая локти, неторопливо разобрал вожжи. Анатоль и Долохов сели к нему. Макарин, Хвостиков и лакей сели в другую тройку.
– Готовы, что ль? – спросил Балага.
– Пущай! – крикнул он, заматывая вокруг рук вожжи, и тройка понесла бить вниз по Никитскому бульвару.
– Тпрру! Поди, эй!… Тпрру, – только слышался крик Балаги и молодца, сидевшего на козлах. На Арбатской площади тройка зацепила карету, что то затрещало, послышался крик, и тройка полетела по Арбату.
Дав два конца по Подновинскому Балага стал сдерживать и, вернувшись назад, остановил лошадей у перекрестка Старой Конюшенной.
