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.
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.
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.
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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Scopriamo meglio, passo dopo passo, come preparare in casa e in tutta sicurezza un fluido di questo genere.
Ingredienti:
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.