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:
التطبيقات عبر الصناعات:
أدت الخصائص الفريدة للسوائل غير النيوتونية إلى استخدامها على نطاق واسع في مختلف الصناعات:
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.
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.
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.
Correct! This is the key difference.
c) Newtonian fluids are always liquids, while non-Newtonian fluids can be solids or liquids.
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.
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)
Correct! Shear-thinning fluids are like ketchup, becoming easier to pour when shaken.
b) Shear-thickening (dilatant)
Incorrect. Shear-thickening fluids become *more* viscous under stress.
c) Bingham plastics
Incorrect. Bingham plastics behave like solids until a certain stress threshold.
d) Thixotropic fluids
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.
Incorrect. This describes a thixotropic fluid.
b) Toothpaste flowing easily when squeezed, but becoming more solid when pressure is released.
Incorrect. This describes a Bingham plastic.
c) Ketchup flowing easily when shaken, but becoming thick when still.
Incorrect. This describes a shear-thinning fluid.
d) Quicksand becoming solid when a person tries to move quickly through it.
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
Incorrect. Paints and other materials use non-Newtonian properties.
b) Food production
Incorrect. Sauces, yogurt, and ice cream rely on non-Newtonian properties.
c) Education
Correct! While non-Newtonian fluids are studied in education, they are not directly used in the industry itself.
d) Personal care
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.
Incorrect. Newtonian fluids, not non-Newtonian, govern the flow of water and air.
b) It opens up opportunities for new innovations and technological advancements.
Correct! Understanding non-Newtonian fluids allows for new materials and applications.
c) It helps us predict the weather more accurately.
Incorrect. Weather prediction primarily uses atmospheric models, not non-Newtonian fluid dynamics.
d) It allows us to understand the movements of stars and planets.
Incorrect. Astronomy uses different principles to understand celestial bodies.
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?
The best choice would be a **shear-thickening (dilatant) fluid**. Here's why:
Examples of materials that exhibit this behavior include cornstarch and water mixtures, which form a "silly putty"-like substance when force is applied.
Comments