Ненью́то́новской жи́дкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скоростиУилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. / пер. с англ. — , 1964Астарита Дж., Марруччи Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей. / пер. с англ. — М., 1978.. 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

В конце XVII века Исаак Ньютон . Он сформулировал закон, согласно которому при сдвиговых течениях касательные напряжения между слоями жидкости увеличиваются пропорционально относительной скорости движения соседних слоёв (оригинальная формулировка Ньютона в переводе А. Н. Крылова: «Сопротивление, происходящее от недостатка скользкости жидкости, при прочих одинаковых условиях предполагается пропорциональным скорости, с которой частицы жидкости разъединяются друг от друга»). 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 КлассификацияРейнер М. Реология. / пер. с англ. — М., 1965.Шульман 3. П. Беседы о реофизике. — , 1976. 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 (бингамовская жидкость, 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. 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, 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

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

См. также Ньютоновская жидкость Степенной закон вязкости жидкостей

Примечания

Литература Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости. / пер. с англ. — , 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. — , 1976.

Ссылки

Эксперименты с неньютоновской жидкостью (видео)