Name: newtonian vs non-newtonian fluid behavior
Uploaded: 2025-02-13T15:43:08.000Z
Duration: 1 min 27 s
Channel: JoVE

Płyny dzielą się na dwa główne typy: newtonowskie i nienewtonowskie. Płyny newtonowskie mają stałą lepkość, a ich naprężenie ścinające jest liniowo związane z szybkością odkształcania przy ścinaniu.
Zachowanie płynów newtonowskich jest przewidywalne. Przykłady obejmują wodę, powietrze, olej i benzynę.
Płyny nienewtonowskie wykazują jednak różną lepkość w zależności od szybkości ścinania. Dzielą się na tworzywa sztuczne ścinane ścinanie, zagęszczane ścinaniem i Bingham.
Płyny rozrzedzające ścinanie, takie jak farby lateksowe i roztwory polimerów, wykazują zmniejszoną lepkość pozorną przy zwiększonej szybkości ścinania, co pozwala im łatwiej płynąć po ścinaniu.
Ta właściwość jest przydatna w zastosowaniach takich jak malowanie pędzlem i druk atramentowy, gdzie wymagana jest płynna i równomierna aplikacja.
Płyny zagęszczające ścinanie, takie jak skrobia kukurydziana w wodzie, wykazują zwiększoną lepkość pozorną przy wyższych prędkościach ścinania i stają się bardziej odporne na przepływ po zmieszaniu.
Ta wyjątkowa właściwość sprawia, że są one przydatne w sprzęcie ochronnym i urządzeniach tłumiących.
Tworzywa sztuczne Bingham, takie jak pasta do zębów i majonez, zachowują się jak ciała stałe po przekroczeniu granicy plastyczności, a następnie płyną jak płyny, co czyni je idealnymi do produktów, które wymagają wytłaczania lub rozprowadzania.

rodzaje płynów

Types of Fluids

Płyny można klasyfikować jako newtonowskie i nienewtonowskie na podstawie ich reakcji na naprężenie ścinające. Płyny newtonowskie charakteryzują się liniową zależnością między naprężeniem ścinającym a szybkością odkształcenia ścinającego, zgodnie z prawem lepkości Newtona. Ich lepkość pozostaje stała niezależnie od szybkości ścinania, co sprawia, że ich zachowanie jest przewidywalne i łatwiejsze do analizy. Typowe przykłady to woda, powietrze, olej i benzyna.

Natomiast płyny nienewtonowskie nie podlegają prawu lepkości Newtona, a ich lepkość zmienia się w zależności od szybkości ścinania. Płyny te można podzielić na rozrzedzające się pod wpływem ścinania, zagęszczające się pod wpływem ścinania oraz tworzywa Binghama.

Płyny rozrzedzające się pod wpływem ścinania, znane również jako płyny pseudoplastyczne, zmniejszają swoją lepkość wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Przykładami są farby lateksowe i roztwory polimerowe, które płyną łatwiej pod wpływem działania siły, co sprawia, że są szczególnie użyteczne w zastosowaniach wymagających łatwego rozprowadzania w warunkach naprężenia.

Z kolei płyny zagęszczające się pod wpływem ścinania zwiększają swoją lepkość wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Typowym przykładem jest mieszanina skrobi kukurydzianej z wodą, która staje się bardziej odporna na przepływ podczas mieszania, oferując większy opór w warunkach naprężenia.

Plastiki Binghama wykazują inne zachowanie – działają jak ciała stałe, dopóki nie zostanie przekroczona określona granica plastyczności, po czym zaczynają płynąć jak płyny. Przykładami są pasta do zębów i majonez, które opierają się początkowemu naprężeniu, ale zaczynają płynąć po przekroczeniu granicy plastyczności. Zrozumienie tych typów płynów jest kluczowe dla projektowania i analizy różnych systemów płynów, od rurociągów po procesy przemysłowe, zapewniając ich wydajność i prawidłowe funkcjonowanie.

Rodzaje płynów

Płyny dzielą się na dwa główne typy: newtonowskie i nienewtonowskie. Płyny newtonowskie mają stałą lepkość, a ich naprężenie ścinające jest liniowe ...

Education

JoVE Core

Civil Engineering

Inżynieria lądowa

Unit 1

Jednostka 1

Fluid Properties

Właściwości płynów

KEY TERMS AND CONCEPTS

KLUCZOWE TERMINY I POJĘCIA

newtonian vs non-newtonian fluid behavior

Fluids can be grouped by how they respond to shear stress. Shear stress is a force that acts across a material, and shear strain rate describes how quickly it changes shape or flows. In this lesson, fluids are divided into Newtonian and non-Newtonian types.

Newtonian fluids follow Newton’s law of viscosity. Their shear stress changes in a linear way as the shear rate changes. That means their viscosity stays constant, so their flow is predictable and easier to analyze. Water, air, oil, and gasoline are common examples.

Non-Newtonian fluids do not follow Newton’s law of viscosity. Their viscosity changes when the shear rate changes. These fluids are often grouped into shear-thinning, shear-thickening, and Bingham plastics.

Shear-thinning fluids are also called pseudoplastic fluids. Their viscosity decreases as the shear rate increases, so they flow more easily under force. Latex paint and polymer solutions are examples, and this makes them useful when a material needs to spread easily.

Shear-thickening fluids behave in the opposite way. Their viscosity increases as the shear rate increases, so they resist flow more when they are agitated. A cornstarch-water mixture is a common example.

Bingham plastics have another pattern. They act like solids until a certain yield stress is reached. After that, they begin to flow like fluids. Toothpaste and mayonnaise are examples, and they resist initial stress before they start moving.

Knowing these fluid behaviors helps in many real systems. It supports the design and analysis of pipelines and industrial processes. It also helps engineers choose the right fluid for efficient and reliable function.

Newtonian vs Non-Newtonian Fluid Behavior

newtonian-vs-non-newtonian-fluid-behavior

characteristics of fluids

Fluid Behavior in Liquids and Gases

Fluids include liquids and gases, and they behave differently from solids because of how their molecules are arranged. In solids, molecules are tightly packed and held by strong intermolecular forces. That structure helps solids keep their shape and resist deformation. Fluids have molecules that are farther apart and held by weaker forces. Because of this, they can flow and change shape easily. A fluid is any substance that deforms continuously when shearing stress is applied. Shearing stress...

density, specific weight, specific gravity and compressibility of fluid

density-specific-weight-specific-gravity-and-compressibility-of-fluid

Fluid Properties: Density, Weight and Compression

Density, specific weight, specific gravity, and compressibility are key fluid properties. Density is the mass per unit volume of a fluid. It helps describe how much mass a fluid system contains and affects buoyancy, pressure, flow behavior, viscosity, thermal conductivity, and sound propagation. In pipeline design, knowing density helps engineers make sure the pipe can support the fluid’s mass. Specific weight is the weight per unit volume. It is found by multiplying density by gravitational...

viscosity of fluid

How Temperature Changes Fluid Viscosity

Viscosity describes how much a fluid resists flow and deformation. It comes from internal friction between fluid layers that move past each other. Dynamic viscosity, shown by the Greek letter mu (μ), measures the force needed to move one layer over another. Newtonian fluids, such as water and air, have a linear relationship between shearing stress and the rate of shearing strain. Their viscosity stays constant, even when the applied stress changes. Non-Newtonian fluids, like ketchup,...

types of fluids

Fluids can be grouped by how they respond to shear stress. Shear stress is a force that acts across a material, and shear strain rate describes how quickly it changes shape or flows. In this lesson, fluids are divided into Newtonian and non-Newtonian types. Newtonian fluids follow Newton’s law of viscosity. Their shear stress changes in a linear way as the shear rate changes. That means their viscosity stays constant, so their flow is predictable and easier to analyze. Water, air, oil, and...

newtonian fluid: problem solving

Newtonian Fluid Viscosity and Shear Stress

Newtonian fluids have a constant viscosity, so their shear stress and shear strain rate stay directly proportional. This creates a linear, predictable link between force and flow. Water, air, and light oils are common examples of Newtonian fluids. A simple way to study this behavior is to place the fluid between two parallel plates. One plate stays still, and the other moves at a constant velocity. The fluid forms a velocity gradient, which is the change in speed across the distance between...

vapor pressure of fluid

Vapor Pressure and Boiling Behavior

Vapor pressure and boiling behavior are closely linked in fluids. Vapor pressure is the pressure a vapor exerts when it is in thermodynamic equilibrium with its liquid at a given temperature. It shows how strongly molecules tend to leave the liquid surface and move into the vapor phase. A closed container helps show how vapor pressure forms. If a liquid sits in a sealed space with a small air gap, and that space is evacuated, vapor molecules escape from the liquid into the empty space. The...

surface tension of fluid

Why Water Drops and Needles Float

Surface tension helps explain why water forms drops, supports small objects, and moves in thin tubes. It is a property of fluids at the boundary between a liquid and a gas, or between two immiscible liquids. At the surface, molecules are pulled inward by neighboring molecules. That inward pull makes the surface act a little like a stretched elastic membrane. Inside a fluid, molecules are attracted in all directions. Surface molecules do not have the same balance of forces. They feel a net...

capillarity in fluid

Capillary Action in Narrow Spaces

Capillary action is the movement of liquid through narrow spaces without any outside force. It depends on surface tension and adhesion between the liquid and nearby solid surfaces. This effect is common in narrow tubes, porous materials, and fine particles. Surface tension comes from cohesive forces between liquid molecules at the liquid-air boundary. These forces create a thin skin that resists outside pressure. When a capillary tube is placed in a liquid, the liquid level changes because of...

design example: deciding thickness of lubricating fluid in a shaft

design-example-deciding-thickness-of-lubricating-fluid-in-a-shaft

Lubricant Film Thickness for Shaft Bearings

Lubricant film thickness for shaft bearings is calculated to keep a rotating shaft from touching its bearing housing. A controlled layer of lubricant reduces friction, wear, and energy loss. It also helps the machine run smoothly by preventing metal-to-metal contact. The calculation starts with the shaft’s tangential velocity. First, the rotational speed is converted to angular velocity. Then that value is multiplied by the shaft radius. The result is the shaft’s linear speed at its surface...

key terms and concepts

Learn how Newtonian and non-Newtonian fluids respond to shear stress, with examples of shear-thinning, shear-thickening, and Bingham plastics.

Newtonian vs Non-Newtonian Fluid Behavior | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

civil engineering

Newtonian vs Non-Newtonian Fluid Behavior

Description

Transcript

Tags