Wat is een niet-Newtoniaanse vloeistof?
Een niet-Newtoniaanse vloeistof is een vloeistof waarvan de viscositeit variabel is op basis van toegepaste spanning. De meest bekende niet-Newtoniaanse vloeistof is maïzena opgelost in water. Contrast met Newtoniaanse vloeistoffen zoals water, wiens gedrag uitsluitend kan worden beschreven door temperatuur en druk, niet door de krachten die er van seconde tot seconde op inwerken. Niet-Newtoniaanse vloeistoffen zijn fascinerende stoffen die kunnen worden gebruikt om ons te helpen de fysica op een spannende, praktische manier meer gedetailleerd te begrijpen.
Als je een emmer vol met niet-Newtoniaanse vloeistof afschuift, veroorzaakt de spanning die door de binnenkomende kracht wordt veroorzaakt, dat de atomen in de vloeistof zodanig herschikken dat het zich als een vaste stof gedraagt. Je hand zal er niet doorheen gaan. Als u uw hand langzaam in de vloeistof steekt, zal deze met succes doordringen. Als je je hand abrupt uittrekt, gedraagt deze zich weer als een vaste stof en kun je op deze manier letterlijk een emmer met vloeistof uit de container trekken.
Een afschuifverdunnende niet-Newtoniaanse vloeistof gedraagt zich op de tegenovergestelde manier. In dit type wordt de vloeistof dunner in plaats van dikker wanneer stress wordt uitgeoefend. Ook pseudoplastisch genoemd, voorbeelden van dit type niet-Newtoniaanse vloeistof zijn ketchup, tandpasta en verf. Het effect duurt meestal niet lang in beide typen, en duurt alleen zolang de spanning wordt uitgeoefend.
Niet-Newtoniaanse vloeistoffen helpen ons de grote verscheidenheid aan vloeistoffen die in de fysieke wereld bestaan te begrijpen. Plastic vaste stoffen, power-law vloeistoffen, visco-elastische vloeistoffen en tijdsafhankelijke vloeistoffen met viscositeit zijn andere die complexe en contra-intuïtieve relaties vertonen tussen schuifspanning en viscositeit / elasticiteit. Niet-Newtoniaanse vloeistof is echter waarschijnlijk de meest opwindende om mee te spelen.
Een zoektocht naar niet-Newtoniaanse vloeistof op YouTube levert interessante resultaten op. Tijdens verschillende spelshows komen gastheren of deelnemers grote vaten met afschuifverdikkende niet-Newtoniaanse vloeistof tegen, die ze kunnen passeren tenzij ze stoppen - in dat geval zinken ze onmiddellijk. In combinatie met een oscillerende plaat vertonen niet-Newtoniaanse vloeistoffen andere ongebruikelijke eigenschappen, zoals uitstekende "vingers" en gaten die blijven bestaan nadat ze zijn gemaakt. Een oscillerende plaat oefent op periodieke basis spanning uit, verandert snel de viscositeit van de vloeistof en plaatst deze in een vreemde middengrond tussen een vloeistof en een vaste stof.
Een praktische toepassing voor afschuifverdikking van niet-Newtoniaanse vloeistoffen kan in kogelvrije kleding van de toekomst zijn. Aangezien dergelijke vloeistoffen meestal flexibel zijn, kunnen soldaten zich vrij bewegen wanneer ze niet worden aangevallen. Maar als ze geconfronteerd werden met een snelheidsovertredingen, zouden ze snel harder werken en als een traditioneel pantser optreden. Meer onderzoek is nodig om te zien of niet-Newtoniaanse vloeistoffen geschikt zijn voor het leger, maar tot die tijd is het zeker leuk om mee te spelen.