ニュートンの粘度の法則として知られる従来の粘度の規則は、非ニュートン流体では従われません。したがって、型にはまらない動作を示します。つまり、非ニュートン流体のプールで実際に実行できるということです。
ソーシャル メディアをブラウジングしているときに、ごく普通の何かを装った液体の上を歩いたり走ったりしている人々のビデオを見ました。これらのビデオはすぐに私の注意を引き、興味をそそられました。
インターネットでいくつか検索した後、私は私の質問に対する答えを見つけました。このバイラル トリックの秘密は、非ニュートン流体として知られています。その背後にある科学をさらに掘り下げましょう!
流体力学に関連する便利な用語
非ニュートン流体の重要性を理解するには、まず 3 つの用語について復習する必要があります。
粘度: 水の粘度はハチミツよりも小さいため、水はハチミツよりも速く流れることが知られています。流体の粘度は、それ自体の流れに対する抵抗の量の尺度です。これは、流体の異なる層の間の相対運動によって発生します。これにより、液体の濃さと流れる速度が決まります。
ストレス: 応力は、材料にかかる単位面積あたりの力として定義されます。流体の挙動を決定するのに役立ちます。
ひずみ: ひずみは、加えられた応力の結果です。これは、加えられた力の方向における、本体の変形量を元の寸法で割ったものです。
Stress VS Strain 曲線は、両者の関係を示しています。最初は線形関係に従いますが、その後非線形になり、最初は応力とひずみが比例して増加しますが、しばらくすると互いに比例しなくなります。) (写真提供:Nicoguaro/Creative commons )
非ニュートン流体内の粘性と応力と歪みの異常な挙動が、これらを他の流体と区別するものです。
ニュートンの粘度の法則
ニュートンの粘性法則は、流体の特徴的な挙動を定義する要因です。せん断応力は、隣接する 2 つの流体層の間の速度勾配に正比例すると述べています。
したがって、ニュートンの粘性の法則に従う流体は、ニュートン流体として知られています。これらの流体の粘度は、応力が加えられても一定のままです。水、アルコール、ミネラル オイルなどの一般的な液体は、このカテゴリに分類されます。
一方、非ニュートン流体は、ニュートンの粘性法則に従わないという事実からその名前が付けられました。これらの流体は、応力がかかると粘度が変化し、物質の状態に異常を示します。流砂、ケチャップ、ペイントはこのカテゴリに分類されます。
グラフは、ニュートンの粘度の法則に関して、さまざまなタイプの流体の挙動を示しています。 (写真提供:zizou7/Shutterstock)
非ニュートン流体で実行することは可能ですか?
非ニュートン流体を定義したので、それがどのように動作し、その理由を正確に理解しようとしましょう.
非ニュートン流体は粘性が一定ではないため、応力（力）がかかると、物質の状態が一時的に固体または液体に変化します。ストレスが取り除かれるとすぐに、物質の元の状態が復元されます。
液体のように感じる非ニュートン流体で満たされた容器があると想像してください。液体をパンチして、その表面に手が触れるとすぐに、こぶしの下の液体の領域が半固体に変わります。力を抜くと元の形に戻ります。面白いでしょ!?
落下するボールからの力が非ニュートン液体の表面にかかると、液体表面が固体になり、ボールが跳ね返ります。これが非ニュートン流体特有の挙動です。 (写真提供:zizou7/Shutterstock)
たとえば、ケチャップのボトルがほとんど空になったら、ボトルの底をたたいて残りを噴出させる必要がありますが、なぜでしょうか?ケチャップは非ニュートン流体の一種であるため。ボトルの底にあるタップの形で力が加えられると、より液体のコンシステンシーに変わり、ボトルからより簡単に流れ出すことができます.
同様に、非ニュートン流体の上を走っているときに圧力をかけると、足のすぐ下の流体が固体に変わり、保持して前進することができます。したがって、はい、非ニュートン流体の上を走ることはできますが、非常に速く走り、軽い足取りを維持する必要があります!
関係において非ニュートン流動性にならないようにしてください。そうしないと、関係が難しくなるだけです。
興味深いことに、これらの流体の正確な分子挙動については、適切な科学的定義や理論がまだ見つかっていません。この謎を解き明かすための研究が何年も前から行われています。私たちが知っていることは、氷山の一角にすぎません。
非ニュートン流体の種類
これらの流体に関する現在の理解によれば、非ニュートン流体は次のように 4 つのカテゴリに分類されています。
1) ダイラタント
このタイプでは、応力がかかると流体の粘度が増加しますが、時間に依存しません。これは、粘度がどれだけの時間ではなく、どれだけのストレスが加えられたかに従って増加することを意味します.
Dilatant の例は、水とコーンスターチの混合物である Oobleck です。ビデオで人々がウーブレックの上を歩いているのを見たことがあるかもしれません。最初は液体のように見えますが、足を乗せるとすぐに固体に変わります。
2) 擬似プラスチック
これはダイラタントの反対です。応力がかかると、時間に関係なく粘性が低下します。擬プラスチックの例はケチャップです。
グラフは、ダイラタントと擬塑性体の挙動、およびニュートン流体との比較を示しています。 (写真提供:DirectEON /クリエイティブコモンズ)
3) レオペクチン
これは、粘度の増加が時間に依存するという事実を除いて、ダイラタントに似ています。
一般的な例はクリームです。クリームをかき混ぜた直後は何も起こりませんが、かき混ぜ続けると、クリームが徐々にとろみを帯びてきます。
4) チキソトロピック
これはレオペクティックの反対です。応力がかかると粘度が低下し、時間に依存します。
ハチミツはチキソトロピック流体の一例です。はちみつを長時間かき混ぜると、徐々に液状になります。
グラフは、レオペクティック流体とチキソトロピック流体の挙動、およびニュートン流体との比較を示しています。 (写真提供:DirectEON /クリエイティブコモンズ)
非ニュートン流体のレシピ
興味深いことについて知識を得ることは常にクールですが、その知識を実用化することはさらにクールです。それでは、家庭で簡単に作れる非ニュートン流体のレシピを試してみましょう。手袋と実験着を着用してください!
注意:専門家の監督は必要ありません!
必要なもの:
1.コーンスターチ（約1/4カップ）
2.水（必要なだけ）
3. 混ぜるためのボウル
軽くたたくだけで、コーンスターチと水の混合物である液体状のOObleckが固体になります。 (写真提供:Wang Sing/Shutterstock)
裏庭のテーブルにきれいなボウルを置きます。ボウルにコーンスターチ1/4カップと少量の水を加えて湿らせます。混合物をゆっくりかき混ぜます。ゆっくりとかき混ぜて混合物の粘稠度が液体の粘稠度に変わるまで、さらに水を追加し続けます。
次に、レシピの準備ができているかどうかを確認するには、混合物をタップします。それは固体のように感じるはずです！流動性が高すぎる場合は、コーンスターチを追加します。混合物が望ましい一貫性に達したら、家族や友人に自慢しましょう。触れるだけで液体を固体に変える魔法のショーをしましょう!
未来が待っています
非ニュートン流体特有の性質は、さまざまな用途に利用できます。制御性と安全性が向上しているため、航空宇宙推進剤として使用できる可能性があります。また、パンクや衝撃に耐えることができる装甲ボディスーツや宇宙服を作るためにも使用できます.
産業界も、非ニュートン流体の利点を活用しようとしています。
明らかに、非ニュートン流体は単なるクールな概念や理科の授業の実験ではありません。彼らはおそらく人類の未来において重要な役割を果たすでしょう!
これは、ブレインストーミングするための質問です!
