Nazywamy płyn newtonowski (w hołdzie Izaakowi Newtonowi ) płynem, którego prawo naprężeń - szybkość odkształcenia jest liniowe. Stała proporcjonalności nazywana jest lepkością .
Równanie opisujące „zachowanie Newtona” w opisie Eulera to:
lub:
jest naprężeniem ścinającym wywieranym przez płyn (u źródła sił oporu ), wyrażonym w Pa; jest lepkością dynamiczną płynu - stałą proporcjonalności charakterystyczną dla materiału, w Pa s ; jest gradientem prędkości prostopadłym do kierunku ścinania, w s −1 .Zwykle oznacza to, że płyn nadal płynie niezależnie od działających na niego sił zewnętrznych . Na przykład woda jest płynem newtonowskim, ponieważ nadal wykazuje właściwości płynu niezależnie od szybkości, z jaką jest mieszana. Wodne roztwory i oleje o niskiej lepkości, większość rozpuszczalników, powietrze i wiele gazów to przykłady płynów newtonowskich. W przypadku płynu newtonowskiego lepkość z definicji zależy tylko od temperatury i ciśnienia (ale zależy również od składu chemicznego płynu, jeśli nie jest on czystą substancją ), a nie od sił działających na płyn . Element płynu.
W płynie nienewtonowskim przędzenie powoduje albo pojawienie się wgłębienia (które stopniowo się wypełnia; takie zachowanie jest widoczne w kremach, zawiesinach skrobi i plastizolach PCW lub, ściśle, oddzielnie, w mułach), tj. płyn wokół mieszadła (zjawisko znane jako „ efekt Weissenberga ”) ze względu na tiksotropowe , nagła zmiana lepkości, co powoduje zwiększoną skłonność do przepływu (zaobserwować to zjawisko tak zwanego „spot” obrazów , które są łatwe do rozprzestrzeniają się, ale są bardziej lepkie na ścianie).
Pojęcie płynu newtonowskiego opisuje jedynie skutki ścinania płynu. Ważne jest, aby zrozumieć, że jedyna precyzja „Newtona” nie wystarcza do scharakteryzowania prawa konstytutywnego płynu: konieczne jest dodanie do niego efektów ściśliwości .
Jeśli płyn jest ściśliwy, a lepkość jest jednolita w płynie. Korzystając z konwencji sumowania Einsteina , mamy:
Jeśli płyn jest nieściśliwy, a lepkość jest jednolita w płynie, równanie dające prawo konstytutywne, w opisie Eulera i we współrzędnych kartezjańskich , wygląda następująco:
Oczywiście wszystkie rzeczywiste płyny są mniej lub bardziej ściśliwe.
Innym napinacz , (również zauważyć ), reprezentujących ogólne naprężenie, wyraża się przez połączenie naprężenia ścinającego przy konwencjonalnym ciśnieniu (termodynamiki)
gdzie zgodnie z konwencją tensoryczną:
jest naprężeniem ścinającym na -tej stronie elementu płynnego w -tym kierunku; jest ciśnieniem termodynamicznym; jest prędkością w -tym kierunku; to -ty koordynowany kierunek.Każdy płyn, który nie jest zgodny z tym prawem, jest uważany za nienewtonowski: istnieją różne płyny tego typu, w szczególności stopione polimery , krew, żele, szlam, pasty, zawiesiny, emulsje, niektóre roztwory stałe i większość lepkie płyny.
W drugim lepkości uczestniczy w całkowitej charakteryzacji izotropowej cieczy newtonowskiej . Jest to ważny parametr teoretyczny, który jest często pomijany. Niemniej jednak definicja IUPAC jest bardzo jasna w tym punkcie, definicja płynu newtonowskiego obejmuje dwa parametry.
Klasycznym paradoksem jest zatem odnotowanie, że dwie definicje fluidu Newtona są sprzeczne: ta proporcjonalność implikuje dwa parametry i odnosi się do algebry liniowej ; że przy charakteryzowaniu jedyną podstawową lepkością używa się tylko jednego parametru.
Paradoks znika, gdy zdecydujemy się określić, że prędkość odkształcenia jest albo prędkością całkowitego odkształcenia, albo prędkością jedynej zmiany kształtu.
Jeśli chodzi o drugą lepkość, definicja płynu newtonowskiego na podstawie liniowości nie wyklucza, że płyn jest anizotropowy.
Następnie lepkość jest opisywana za pomocą tensora .
Model płynów Newtona odgrywa kluczową rolę w mechanice płynów , ponieważ oprócz modelu nieściśliwego doskonałego płynu zapewnia najprostszy model zachowania płynów. Podstawą jest hipoteza płynu Newtona: