مائع لا نيوتوني

	ميكانيكا الاستمرارية
الميكانيكا الكلاسيكية
	إجهاد · إنفعال · Tensor;
ميكانيكا الجوامد
	صلب· المرونة; اللدونة · قانون هوك; Rheology · مرونة لزجة
ميكانيكا الموائع
	الموائع · استاتيكا الموائع; ديناميكا الموائع · لزوجة · موائع نيوتونية; موائع غير نيوتونية; شد سطحي
العلماء
	نيوتن · ستوكس · كلود-لوي ناڤييه · كوشي· هوك · غيرهم
	ع • ن • ت

مائع لا نيوتوني هو مائع لا يتبع قانون نيوتن للزوجة، أي، اللزوجة الثابتة بغض النظر عن الضغط. في الموائع اللا النيوتونية، يمكن أن تتغير اللزوجة عند الضغط عليها إما إلى سائل أكثر أو أكثر صلابة. كتشپ، على سبيل المثال، يصبح سائلًا عند رجّه، وبالتالي يصبح مائع لا نيوتوني. العديد من محاليل الملح والبوليمرات المنصهرة هي موائع لا نيوتونية، كما هو الحال مع العديد من المواد الشائعة مثل الكاسترد،^[1] لا يمكن وصف جريانه باستخدام ثابت اللزوجة. تعتبر أغلب المحاليل الپوليمرات والپوليمرات الذائبة من الموائع اللانيوتونية والكثير من الموائع الشائعة مثل معجون الأسنان والكتشپ، معلق النشا، الدم والشامبو والزبد الذائب.

تعتمد اللزوجة (التشوه التدريجي بالقص أو إجهادات الشد الأكثر شيوعاً، للموائع اللا نيوتونية على معدل القص أو سجل معدل القص. ومع ذلك، لا تزال بعض الموائع اللا النيوتونية ذات اللزوجة المستقلة عن القص تظهر اختلافات ضغط طبيعية أو سلوك لا نيوتوني آخر. في المائع النيوتوني، تكون العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص خطية، مروراً بـ الأصل، ويكون ثابت التناسب هو معامل اللزوجة. في السائل اللا نيوتوني، تختلف العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص. يمكن للمائع أن يظهر لزوجة تابعة للزمن. لذلك، لا يمكن تحديد معامل لزوجة ثابت.

على الرغم من أن مفهوم اللزوجة يستخدم بشكل شائع في ميكانيكا الموائع لوصف خصائص القص للمائع، إلا أنه قد يكون غير كاف لوصف الموائع اللا نيوتونية. فمن الأفضل دراستها من خلال العديد من الخصائص الأخرى الريولوجية التي تتعلق بالإجهاد ومعدل الإجهاد تحت العديد من ظروف التدفق المختلفة - مثل تذبذب القص أو التدفق الممتد - الذي يتم قياسه باستخدام أجهزة مختلفة أو مقاييس ريومتر. كما تمت دراسة الخصائص بشكل أفضل باستخدام المعادلات التأسيسية ذات قيمة الموتر الشائعة في مجال ميكانيكا الاستمرارية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أنواع السلوك اللا النيوتوني

ملخص

تصنيف السوائل مع إجهاد القص كدالة لمعدل القص.

مقارنة بين الخصائص اللا نيوتونية والنيوتونية والمطاطية اللزجة
مرونة لزجة	نموذج مواد كلڤن، نموذج مواد ماكسويل	"مزيج خطي متوازي من التأثيرات المرنة واللزجة^[2]	بعض زيوت التشحيم، الكريمة المخفوقة، معجون سليكوني
لزوجة تابعة للزمن	Rheopectic	تزداد اللزوجة الظاهرية مع مدة الإجهاد	سائل زلالي، حبر طابعة، معجون الجبس
لزوجة تابعة للزمن	التميعية	تتناقص اللزوجة الظاهرة مع مدة الإجهاد^[2]	الزبادي، زبدة الفول السوداني، محاليل صمغ الزانثان، هلام أكسيد الحديد المائي، هلام الجيلاتين، هلام الپكتين، زيت الخروع المهدرج، وبعض الطين (بما في ذلك البنتونيت، ومونتموريلونيت)، أسود الكربون المعلق في مطاط إطار العجلة المنصهر، وبعض طين الحفر، والعديد من الطلاءات والعديد من معلقات الروب، العديد من المعلقات الغروانية
اللزوجة اللا نيوتونية	تسميك القص (مادة موسعة)	تزداد اللزوجة الظاهرة مع زيادة الضغط^[3]	معلقات نشا الذرة في الماء (الأوبلك)
	ترقيق القص (شبه البلاستيك)	تقل اللزوجة الظاهرة مع زيادة الضغط^[4]^[5]	طلاء الأظافر، قشدة مخفوقة، كتشپ، مولاس، الشراب، لب الورق في الماء ، طلاء لاتكس ، الجليد، الدم، بعض زيت السليكون، وبعض طلاء السليكون، رمال متحركة
	الموائع النيوتونية المعممة	اللزوجة هي دالة لمعدل إجهاد القص. يعتمد الإجهاد على معدلات إجهاد القص الطبيعي ومعدلات إجهاد القص وأيضاً الضغط المطبق عليه	پلازما الدم، الكاسترد، الماء

مائع تثخين القص

يبدو أن لزوجة مائع تثخين القص، أو المادة المتوسعة، تزداد عندما يزيد معدل القص. يُعد نشا الذرة المعلق في الماء ("oobleck"، انظر أدناه) هو مثال شائع: عندما يتم التقليب ببطء يبدو حليبياً، عند التقليب بقوة يبدو وكأنه سائل شديد اللزوجة.

مائع ترقيق القص

الطلاء هو مائع لا نيوتوني. يتم توجيه السطح المسطح المغطى بالطلاء الأبيض عمودياً (قبل التقاط الصورة، كان السطح المسطح أفقياً، وموضعاً على منضدة). يبدأ المائع بالتساقط على السطح ولكن بسبب طبيعته اللا نيوتونية، فإنه يتعرض للإجهاد بسبب تسارع الجاذبية. لذلك، بدلاً من الانزلاق على السطح، فإنها تشكل قطرات كبيرة جداً وكثيفة جداً مع تقطير محدود.

مثال مألوف للعكس، مائع ترقق القص، أو مائع شبه بلاستيكي، هو طلاء الجداران: يجب أن يتدفق الطلاء بسهولة بعيداً عن الفرشاة عندما يتم تطبيقه على سطح ولكن ليس بالتنقيط بإفراط. لاحظ أن جميع الموائع متغيرة الانسيابية ترقق القص بشدة، لكنها تابعة بشكل كبير على الزمن، بينما تستجيب موائع "ترقق القص" الغروية على الفور للتغيرات في معدل القص. وبالتالي، لتجنب الالتباس، يُطلق على التصنيف الأخير بشكل أكثر وضوحاً اسم البلاستيك الكاذب/شبه بلاستيكي.

مثال آخر على مائع ترقق القص هو الدم. هذا التطبيق مفضل للغاية داخل الجسم، لأنه يسمح بانخفاض لزوجة الدم مع زيادة معدل إجهاد القص.

بلاستيك بنگهم

الموائع التي لها علاقة إجهاد القص الخطي/إجهاد القص ولكنها تتطلب إجهاد إنتاج محدود قبل أن تبدأ في التدفق (مخطط إجهاد القص ضد إجهاد القص لا يمر عبر الأصل) تسمى بلاستيك بنگهم. العديد من الأمثلة هي المعلقات الصلصالية، وطين الحفر، ومعجون الأسنان، والمايونيز، والشوكولاتة، والخردل. يمكن لسطح بلاستيك بنگهم أن يحمل يهزل عندما يستقر. على النقيض من ذلك، فإن للموائع النيوتونية أسطح مستوية رتيبة عندما تكون ساكنة.

Rheopectic or anti-thixotropic

هناك أيضاً موائع يكون معدل إجهادها دالة للزمن. يشار إلى الموائع التي تتطلب إجهاد قص متزايد تدريجي للحفاظ على معدل إجهاد ثابت على أنها مقلوبة. الحالة المعاكسة لهذا هي المائع الذي يخفف بمرور الزمن ويتطلب ضغطاً متناقصاً للحفاظ على معدل إجهاد ثابت (متغيرة الانسيابية).

أمثلة

تعرض العديد من المواد الشائعة تدفقات لا نيوتونية. وتشمل هذه:^[6]

محاليل الصابون ومستحضرات التجميل ومعجون الأسنان
أطعمة مثل زبدة وجبن ومربى ومايونيز وحساء و حلوى التافي وزبادي
المواد الطبيعية مثل الصهارة والحمم البركانية و الصمغ والعسل و المستخلص مثل مستخلص الڤانيليا
السوائل البيولوجية مثل الدم، اللعاب، السائل المنوي، المخاط، السائل الزلالي
الملاط مثل ملاط الأسمنت ولب الورق، المستحلب مثل المايونيز، وبعض أنواع المشتتات

أوبلك

عرض لمائع لا نيوتوني في Universum في مدينة مكسيكو

أوبلك على مضخم صوت. إن تطبيق القوة على الأوبلك، بواسطة الموجات الصوتية في هذه الحالة، يجعل المائع اللا النيوتوني يتكاثف.^[7]

من الأمثلة غير المكلفة، غير السامة للمائع اللا النيوتوني تعليق النشا (على سبيل المثال، نشا الذرة) في الماء، ويسمى أحياناً "الأوبلك" أو "الطحال" أو "الطين السحري" (جزء من الماء إلى 1.5-2 جزء من نشا الذرة).^[8]^[9]^[10]اسم "oobleck" مشتق من كتاب Dr. Seuss Bartholomew and the Oobleck.^[8]

نظراً لخصائصه المتوسعة، غالباً ما يستخدم الأوبلك في العروض التوضيحية التي تُظهر سلوكه غير المعتاد. يمكن لأي شخص أن يمشي على حوض كبير من الأوبلك دون أن يغرق بسبب خصائصه الكثيفة، طالما أن الفرد يتحرك بسرعة كافية لتوفير قوة كافية مع كل خطوة لإحداث سماكة. أيضاً، إذا تم وضع أوبلك على مضخم صوت كبير مدفوع بمستوى صوت مرتفع بدرجة كافية، فسوف يتكاثف ويشكل موجات ثابتة استجابة للموجات الصوتية ذات التردد المنخفض من السماعة. إذا قام شخص ما بلكم أو ضرب الأوبلك، فسوف يتكاثف ويتصرف مثل مادة صلبة. بعد الضربة، ستعود الأوبلك إلى حالتها الرقيقة الشبيهة بالسائل.

فلَبر (مادة مخاطية لزجة)

تتدفق المادة المخاطية تحت ضغوط منخفضة ولكنه ينكسر تحت ضغوط أعلى

فلَبر، المعروف أيضاً باسم سلايم (المادة المخاطية)، هو مائع لا نيوتوني، مصنوع بسهولة من كحول متعدد الڤاينل - أساسه غراء (مثل غراء المدرسة الأبيض) والبورق. يتدفق تحت ضغوط منخفضة ولكنه ينكسر تحت ضغوط وضغوط شد أعلى. هذا المزيج من الخصائص الشبيهة بالمائع والصلب يجعلها مائع ماكسويل. يمكن وصف سلوكه أيضاً بأنه اللدونة اللزجة أوهلامي.^[11]

التزيين بالكراميل المبردة

مثال آخر على ذلك هو الآيس كريم المغطى بالكراميل المبرد (طالما أنه يحتوي على غروانيات مائية مثل كاراجينان وصمغ جيلان). التطبيق المفاجئ للقوة - عن طريق طعن السطح بإصبع، على سبيل المثال، أو قلب الحاوية التي تحتفظ به بسرعة - يتسبب في أن يتصرف المائع كمادة صلبة وليس سائلة. هذه هي خاصية "تكثيف القص" لهذا المائع لا نيوتوني. المعالجة الناعمة، مثل إدخال الملعقة ببطء، سيتركها في حالتها السائلة. ومع ذلك، فإن محاولة رج الملعقة للخارج مرة أخرى ستؤدي إلى عودة الحالة الصلبة المؤقتة.^[12]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

معجون السليكون

معجون السليكون عبارة عن پوليمر سليكون قائم على معلق يتدفق أو يرتد أو ينكسر، اعتماداً على معدل الإجهاد.

راتنج النبات

راتنج النبات هو پوليمر صلب لزج مطاطي. عند تركه في وعاء، سوف يتدفق ببطء كسائل ليتوافق مع محيط الحاوية. ومع ذلك، إذا تم ضربها بقوة أكبر، فسوف تتحطم كمادة صلبة.

الرمال المتحركة

الرمال المتحركة هي ترقيق القص لا نيوتوني غروانية تكتسب لزوجة أثناء السكون. يمكن ملاحظة الخصائص اللا نيوتونية للرمال المتحركة عندما تتعرض لصدمة طفيفة (على سبيل المثال، عندما يمشي شخص ما عليها أو يهيجها بعصا)، وتتنقل بين الطور الهلامي و المحلول والتسييل على ما يبدو، مما يتسبب في غرق الأشياء الموجودة على سطح الرمال المتحركة.

كتشپ

كتشپ عبارة عن سائل ترقيق القص.^[3]^[13] يعني ترقيق القص أن لزوجة المائع تتناقص مع زيادة إجهاد القص. بعبارة أخرى، تكون حركة الموائع صعبة في البداية عند معدلات التشوه البطيئة، ولكنها ستتدفق بحرية أكبر بمعدلات عالية. قد يؤدي هز زجاجة الكتشپ المقلوبة إلى انتقالها إلى لزوجة أقل، مما يؤدي إلى تدفق مفاجئ للبهارات الرقيقة.

التدفقات الحبيبية الجافة

في ظل ظروف معينة، يمكن نمذجة تدفقات المواد الحبيبية على أنها سلسلة متصلة، على سبيل المثال باستخدام الريولوجيا μ(I) . تميل نماذج الاستمرارية هذه إلى أن تكون لا نيوتونية، لأن اللزوجة الظاهرية للتدفقات الحبيبية تزداد مع الضغط وتنخفض مع معدل القص. الفرق الرئيسي هو إجهاد القص ومعدل القص.

انظر أيضاً

المراجع

^ Ouellette, Jennifer (2013). "An-Ti-Ci-Pa-Tion: The Physics of Dripping Honey". Scientific American.
^ ^أ ^ب Tropea, Cameron; Yarin, Alexander L.; Foss, John F. (2007). Springer handbook of experimental fluid mechanics. Springer. pp. 661, 676. ISBN 978-3-540-25141-5.
^ ^أ ^ب Garay, Paul N. (1996). Pump Application Desk Book (3rd ed.). Prentice Hall. p. 358. ISBN 978-0-88173-231-3.
^ Rao, M. A. (2007). Rheology of Fluid and Semisolid Foods: Principles and Applications (2nd ed.). Springer. p. 8. ISBN 978-0-387-70929-1.
^ Schramm, Laurier L. (2005). Emulsions, Foams, and Suspensions: Fundamentals and Applications. Wiley VCH. p. 173. ISBN 978-3-527-30743-2.
^ Chhabra, R.P. (2006). Bubbles, Drops, and Particles in Non-Newtonian Fluids (2nd ed.). Hoboken: Taylor & Francis Ltd. pp. 9–10. ISBN 978-1420015386.
^ This demonstration of oobleck is a popular subject for YouTube videos.^[which?]
^ ^أ ^ب "Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment". instructables.com.
^ "Outrageous Ooze". Exploratorium.
^ Rupp, Rebecca (1998). "Magic Mud and Other Great Experiments". The Complete Home Learning Source Book. pp. 235–236. ISBN 9780609801093.
^ Glurch Meets Oobleck Archived 6 يوليو 2010 at the Wayback Machine. Iowa State University Extension.
^ Barra, Giuseppina (2004). The Rheology of Caramel (PhD). University of Nottingham.
^ Cartwright, Jon (2 September 2011). "Microscopy reveals why ketchup squirts". Chemistry World. Royal Society of Chemistry.

وصلات خارجية

Classical experiments with Non-Newtonian fluids by the National Committee for Fluid Mechanics at YouTube

[ScientificAmerican-1] Ouellette, Jennifer (2013). "An-Ti-Ci-Pa-Tion: The Physics of Dripping Honey". Scientific American.

[springer2-2] أ ^ب Tropea, Cameron; Yarin, Alexander L.; Foss, John F. (2007). Springer handbook of experimental fluid mechanics. Springer. pp. 661, 676. ISBN 978-3-540-25141-5.

[padb-3] أ ^ب Garay, Paul N. (1996). Pump Application Desk Book (3rd ed.). Prentice Hall. p. 358. ISBN 978-0-88173-231-3.

[4] Rao, M. A. (2007). Rheology of Fluid and Semisolid Foods: Principles and Applications (2nd ed.). Springer. p. 8. ISBN 978-0-387-70929-1.

[5] Schramm, Laurier L. (2005). Emulsions, Foams, and Suspensions: Fundamentals and Applications. Wiley VCH. p. 173. ISBN 978-3-527-30743-2.

[6] Chhabra, R.P. (2006). Bubbles, Drops, and Particles in Non-Newtonian Fluids (2nd ed.). Hoboken: Taylor & Francis Ltd. pp. 9–10. ISBN 978-1420015386.

[7] This demonstration of oobleck is a popular subject for YouTube videos.^[which?]

[Oobleck:_The_Dr._Seuss_Science_Experiment-8] أ ^ب "Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment". instructables.com.

[Outrageous_Ooze-9] "Outrageous Ooze". Exploratorium.

[Magic_Mud_and_Other_Great_Experiments-10] Rupp, Rebecca (1998). "Magic Mud and Other Great Experiments". The Complete Home Learning Source Book. pp. 235–236. ISBN 9780609801093.

[11] Glurch Meets Oobleck Archived 6 يوليو 2010 at the Wayback Machine. Iowa State University Extension.

[12] Barra, Giuseppina (2004). The Rheology of Caramel (PhD). University of Nottingham.

[13] Cartwright, Jon (2 September 2011). "Microscopy reveals why ketchup squirts". Chemistry World. Royal Society of Chemistry.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]