معجم المصطلحات الفنية مستعمل في Pipeline Construction: Non Newtonian

Non Newtonian

ما وراء العادي: استكشاف السوائل غير النيوتونية

في عالم الفيزياء، نعتمد غالبًا على العلاقات المتوقعة بين القوى والحركة. تمتد هذه التوقعات إلى عالم السوائل، حيث نفترض وجود علاقة مباشرة بين القوة المطبقة على سائل وتدفقه الناتج. يتم تحديد هذه العلاقة بمفهوم اللزوجة، وهو مقياس مقاومة سائل للتدفق. ومع ذلك، لا تخضع جميع السوائل لهذه القاعدة البسيطة. ندخل عالم السوائل غير النيوتونية الرائع، وهي فئة من المواد التي تحدّى التوقعات التقليدية.

ما الذي يجعلها غير نيوتونية؟

تظهر السوائل النيوتونية، مثل الماء أو الهواء، علاقة خطية بين الإجهاد القصي المطبق ومعدل القص الناتج. هذا يعني أن مضاعفة القوة المطبقة على سائل نيوتوني سيؤدي إلى مضاعفة معدل تدفقه. من ناحية أخرى، لا تتبع السوائل غير النيوتونية هذا النمط الخطي. يمكن أن تتغير لزوجتها اعتمادًا على الإجهاد المطبق، مما يؤدي إلى مجموعة من السلوكيات المثيرة للاهتمام.

مجموعة متنوعة من السلوكيات:

تُظهر السوائل غير النيوتونية مجموعة متنوعة من الاستجابات للإجهاد، مما يؤدي إلى مجموعة متنوعة من التصنيفات:

  • السوائل الرقيقة بالقص (السوائل الزائفة اللزجة): تصبح هذه السوائل أقل لزوجة مع زيادة الإجهاد القصي. فكر في الكاتشب: فهو سميك ويصعب صبه عندما يكون ثابتًا، لكنه يتدفق بسهولة عند هزه. هذا السلوك شائع في البوليمرات والدهانات.
  • السوائل السميكة بالقص (السوائل التمددية): تصبح هذه السوائل أكثر لزوجة مع زيادة الإجهاد القصي. تخيل الرمال المتحركة: من السهل المشي عليها ببطء، لكنها تصبح صلبة ويصعب تحريكها عند تطبيق القوة بسرعة. هذه الظاهرة ضرورية في بعض المعدات الواقية، حيث تساعد على امتصاص الصدمات.
  • البلاستيك بينجام: تظهر هذه السوائل إجهادًا عائدًا، مما يعني أنها تتصرف مثل المواد الصلبة حتى يتم تطبيق مستوى معين من الإجهاد، وبعد ذلك تبدأ في التدفق مثل السوائل. معجون الأسنان والمايونيز هما مثالان جيدان.
  • السوائل اللزجة الزمنية: تظهر هذه السوائل لزوجة تعتمد على الوقت، وتصبح أقل لزوجة مع مرور الوقت عند تعرضها لإجهاد ثابت. هذا هو السبب في أن الزبادي يصبح أرق عند تقليبه، والعسل يصبح أسهل في الصب بعد الوقوف لبعض الوقت.

التطبيقات عبر الصناعات:

أدت الخصائص الفريدة للسوائل غير النيوتونية إلى استخدامها على نطاق واسع في مختلف الصناعات:

  • التصنيع: في صناعة الدهانات، تضمن خصائص الرقة بالقص تطبيقًا سلسًا وتغطية متساوية.
  • إنتاج الأغذية: تُستخدم سلوكيات الرقة بالقص واللزوجة الزمنية لتحسين نسيج وخصائص التدفق في المنتجات مثل الصلصات والزبادي والآيس كريم.
  • البناء: تُستخدم البلاستيك بينجام في الخرسانة لتحسين قابلية العمل وقوة الخرسانة.
  • العناية الشخصية: تُستخدم خصائص الرقة بالقص في الشامبو والمكيفات لتسهيل التطبيق.
  • التطبيقات الطبية: تُستخدم السوائل غير النيوتونية في أنظمة توصيل الدواء والأطراف الصناعية والأنسجة الاصطناعية.

ما وراء الكتاب المدرسي:

يمتد عالم السوائل غير النيوتونية إلى ما هو أبعد من التطبيقات العملية. تُقدم سلوكياتها المثيرة للاهتمام لمحة رائعة عن تعقيد المادة وتُظهر إمكانية الابتكارات المستقبلية. من فهم تدفق الصهارة إلى تصميم أنواع جديدة من المعدات الواقية، تواصل دراسة هذه السوائل فتح إمكانيات مثيرة للاهتمام للبحث العلمي.


Test Your Knowledge

Quiz: Beyond the Ordinary: Exploring Non-Newtonian Fluids

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What distinguishes Newtonian fluids from non-Newtonian fluids? a) Newtonian fluids are always transparent, while non-Newtonian fluids are opaque.

Answer

Incorrect. Transparency is unrelated to Newtonian or non-Newtonian properties.

b) Newtonian fluids have a constant viscosity regardless of applied force, while non-Newtonian fluids have a changing viscosity.

Answer

Correct! This is the key difference.

c) Newtonian fluids are always liquids, while non-Newtonian fluids can be solids or liquids.

Answer

Incorrect. Both Newtonian and non-Newtonian fluids can be liquids.

d) Newtonian fluids are always found in nature, while non-Newtonian fluids are mostly synthetic.

Answer

Incorrect. Many natural substances are non-Newtonian, like blood or quicksand.

2. Which type of non-Newtonian fluid becomes less viscous with increasing shear stress? a) Shear-thinning (pseudoplastic)

Answer

Correct! Shear-thinning fluids are like ketchup, becoming easier to pour when shaken.

b) Shear-thickening (dilatant)

Answer

Incorrect. Shear-thickening fluids become *more* viscous under stress.

c) Bingham plastics

Answer

Incorrect. Bingham plastics behave like solids until a certain stress threshold.

d) Thixotropic fluids

Answer

Incorrect. Thixotropic fluids change viscosity over time, not directly with stress.

3. Which of these examples best demonstrates the behavior of a shear-thickening fluid? a) Honey becoming easier to pour after standing for a while.

Answer

Incorrect. This describes a thixotropic fluid.

b) Toothpaste flowing easily when squeezed, but becoming more solid when pressure is released.

Answer

Incorrect. This describes a Bingham plastic.

c) Ketchup flowing easily when shaken, but becoming thick when still.

Answer

Incorrect. This describes a shear-thinning fluid.

d) Quicksand becoming solid when a person tries to move quickly through it.

Answer

Correct! This is a classic example of shear-thickening behavior.

4. Which industry does NOT benefit from the unique properties of non-Newtonian fluids? a) Manufacturing

Answer

Incorrect. Paints and other materials use non-Newtonian properties.

b) Food production

Answer

Incorrect. Sauces, yogurt, and ice cream rely on non-Newtonian properties.

c) Education

Answer

Correct! While non-Newtonian fluids are studied in education, they are not directly used in the industry itself.

d) Personal care

Answer

Incorrect. Shampoos and conditioners often use shear-thinning fluids.

5. Why is the study of non-Newtonian fluids important? a) It helps us understand the flow of liquids like water and air.

Answer

Incorrect. Newtonian fluids, not non-Newtonian, govern the flow of water and air.

b) It opens up opportunities for new innovations and technological advancements.

Answer

Correct! Understanding non-Newtonian fluids allows for new materials and applications.

c) It helps us predict the weather more accurately.

Answer

Incorrect. Weather prediction primarily uses atmospheric models, not non-Newtonian fluid dynamics.

d) It allows us to understand the movements of stars and planets.

Answer

Incorrect. Astronomy uses different principles to understand celestial bodies.

Exercise:

Imagine you are a scientist tasked with developing a new type of protective gear for athletes. You need to select a non-Newtonian fluid that can effectively absorb shock and protect the athlete from injury. Which type of non-Newtonian fluid would be the best choice and why?

Exercice Correction

The best choice would be a **shear-thickening (dilatant) fluid**. Here's why:

  • **Shock Absorption:** Shear-thickening fluids become more viscous under sudden, forceful impact. This increase in viscosity allows them to dissipate energy effectively, cushioning the athlete from the force of the impact.
  • **Flexibility:** When not under stress, the fluid remains relatively thin, allowing for flexibility and ease of movement for the athlete.
  • **Protection:** The sudden thickening under impact provides a protective barrier, similar to a shock absorber, without restricting movement during normal activity.

Examples of materials that exhibit this behavior include cornstarch and water mixtures, which form a "silly putty"-like substance when force is applied.


Books

  • "Rheology: Principles and Applications" by R. Byron Bird, Robert C. Armstrong, and Ole Hassager: This comprehensive text covers the fundamental principles of rheology, with dedicated chapters on non-Newtonian fluids and their behavior.
  • "Non-Newtonian Fluid Mechanics" by J.M. Piau: This book provides a deeper dive into the mathematical and theoretical aspects of non-Newtonian fluid mechanics, ideal for advanced study.
  • "Introduction to Rheology" by John Mewis and Norman J. Wagner: This accessible book offers a balanced overview of rheological principles and their applications, including a detailed discussion of non-Newtonian fluids.

Articles

  • "Non-Newtonian Fluids: A Review" by D.D. Joseph: A foundational article providing a comprehensive overview of different types of non-Newtonian fluids and their properties.
  • "The Rheology of Complex Fluids" by R.G. Larson: This article discusses the rheological behavior of various complex fluids, including non-Newtonian fluids.
  • "Non-Newtonian Fluids and Their Applications" by A.B. Metzner: A practical review of the applications of non-Newtonian fluids in various industries.

Online Resources

  • "Non-Newtonian Fluids" - Wikipedia: A comprehensive and well-organized overview of non-Newtonian fluids, their types, and applications.
  • "The Rheology of Non-Newtonian Fluids" - MIT OpenCourseware: A free online course from MIT covering the basics of rheology and its application to non-Newtonian fluids.
  • "Non-Newtonian Fluid Mechanics" - Khan Academy: This online resource provides a simplified introduction to non-Newtonian fluids and their properties.

Search Tips

  • Use specific keywords: "Non-Newtonian fluids types", "applications of non-Newtonian fluids", "examples of non-Newtonian fluids".
  • Combine keywords: "shear-thinning fluids examples", "thixotropic fluid applications", "Bingham plastic properties".
  • Use quotation marks: "Non-Newtonian fluids" to find exact matches and avoid irrelevant results.
  • Explore academic databases: Use Google Scholar for academic research articles and publications on the subject.
مصطلحات مشابهة
  • Nonconformity عدم التوافق: نافذة على ماضي ا…
  • Nonconformity عدم المطابقة في النفط والغاز:…
  • Non-Profit منظمات غير ربحية في قطاع النف…
الأكثر مشاهدة

Comments


No Comments
POST COMMENT
captcha
إلى