Fluidi newtoniani e non newtoniani: definizioni ed esempi – A volte si dice che è necessario essere come l’acqua che resta acqua ma prende la forma del contenitore che la accoglie. È un po’ questa la caratteristica che ci aiuta a grandi linee a distinguere i solidi dai liquidi, caratterizzati da fluidità, elasticità ed incomprimibilità. Questi diversi comportamenti si spiegano se andiamo ad indagare la struttura a livello molecolare nei fluidi newtoniani e non newtoniani. Nel fluido troviamo che quando c’è una causa deformante le particelle inizialmente poste vicine possono essere allontanate indefinitamente tra loro da una forza anche piccola e costante, cosa che in un solido non è così ovvia.
In alcuni casi, scomparsa la causa deformante, queste particelle non tendono a riavvicinarsi, dipende dalle forze intermolecolari che agiscono all’interno e che fanno di un solido un solido e di un liquido un liquido. La natura però non è così schematica però e quindi ci propone anche dei materiali che presentano diversi comportamenti e si tratta di fluidi viscoelastici.
Fluidi newtoniani e non newtoniani
Proprio osservando questo tipo di comportamenti che riusciamo a fare una distinzione tra fluidi newtoniani e non newtoniani. Vediamo che caratteristiche hanno e come possiamo distinguerli.
I fluidi newtoniani sono fluidi in cui gli sforzi sono direttamente proporzionali alla velocità di deformazione. I fluidi non-newtoniani sono fluidi in cui lo sforzo non è direttamente proporzionale alla velocità di deformazione. Cosa significa? Soffermiamoci su quest’ultima tipologia per immaginare come si presenta. La viscosità varia a seconda delle forze con cui interagiscono. Quando quindi viene premuto, un fluido non newtoniano diventa in quel momento un corpo con una consistenza semi solida. Se è pseudoplastici la viscosità diminuisce all’aumentare della velocità di deformazione, se è dilatante invece aumenta all’aumentare della velocità di deformazione.
In base all’andamento della viscosità in funzione della durata dello sforzo si possono distinguere fluidi tissotropici o anti-tissotropici. Vedendo come varia in base alla velocità di deformazione, riconosciamo fluidi pseudoplastici o dilatanti. Inoltre se lo sforzo è indipendente dalla velocità di deformazione, il materiale mostra deformazione plastica.
Fluidi newtoniani e non newtoniani: esempi
Come avrete compreso, i fluidi newtoniani sono quelli che siamo abituati a vedere e maneggiare, facile fare degli esempi, basta considerare l’acqua e l’olio alimentare o per motori. I fluidi non newtoniani sono sicuramente più rari ma possiamo ottenerli utilizzando un mix di sostanze che ci dà alcune proprietà.
Non immaginatevi chissà cosa perché basterebbe ad esempio mescolare acqua e amido di mais (detto anche “maizena”) oppure la comune fecola di patate. Si ottiene un fluido che ci comporta in modo curioso. È un bel esperimento anche da fare con i bambini. Se lo mettiamo in un contenitore e poi lo rovesciamo velocemente, oppure se lo stendiamo con un dito su una superficie, vediamo che mostra delle caratteristiche più da solido che da liquido.
È tipico dei non newtoniani, si chiama “ispessimento al taglio”. Diversamente lo stesso liquido reagisce se lo sottoponiamo ad un movimento debole e lento, ad esempio se cerchiamo di inserirci un bastoncino, si comporterà come un liquido.
Fluidi non newtoniani: utilizzo
Passata la meraviglia per la scoperta di questi fluidi così originali, quasi magici, ci si chiede dal punto di vista pratico a che cosa servano. In particolare i fluidi pseudoplastici vengono utilizzati durante i processi di verniciatura o serigrafia. Ci sono dei prodotti che fanno da vernici e che vengono applicati con il pennello o spruzzati, perché liquidi, ma poi diventano solidi quando non li sollecitiamo più. Anche senza andare sul tecnico, possiamo trovare fluidi non newtoniani anche dentro di noi – il sangue – e attorno a noi – l’asfalto, il dentifricio.
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Fluido non newtoniano: ricetta
Scopriamo meglio, passo dopo passo, come preparare in casa e in tutta sicurezza un fluido di questo genere.
Ingredienti:
- 250 gr di amido di mais (oppure fecola di patate)
- 3 bicchieri di acqua tiepida
- 1 bacinella grande
- 1 Cucchiaio
Nella ciotola mettiamo prima l’amido e poi lentamente aggiungiamo l’acqua tiepida non smettendo mai di mescolare. Dovremmo arrivare ad ottenere un composto con una consistenza melmosa. Proviamo a esercitare una forza sul liquido e vediamo come reagisce per capire se ha la consistenza giusta o dobbiamo aggiustare l’acqua. Se spruzza ce n’è troppa e dobbiamo aggiungere dell’amido, se invece quando lo tocchiamo con forza diventa duro, abbiamo fatto un buon lavoro. Per ottenere un risultato anche esteticamente apprezzabile possiamo aggiungere qualche goccia di colorante a nostra scelta.
Questo fluido tra le sue proprietà ha anche quella di non sporcare, quindi possiamo maneggiarlo con libertà. Un altro fluido speciale, con delle proprietà che potremmo definire opposte a queste, lo possiamo preparare mescolando l’argilla con l’acqua. Si ottengono delle sabbie mobili perché i granelli d’argilla trattengono e immagazzinano l’acqua al loro interno ma quando vengono toccati con forza, liberano l’acqua e ci comportano come un liquido più che come un solido.