Chất lỏng phi Newton là gì?

Lời giải chuẩn nhất cho câu hỏi: “Chất lỏng phi Newton là gì?” và phần kiến thức mở rộng thú vị về chất lỏng phi Newton do Top lời giải biên soạn là tài liệu hay dành cho các bạn học sinh và các thầy cô giáo tham khảo

Chất lỏng phi Newton là gì?

Chất lỏng phi Newton hay chính xác là (tên tiếng Anh: Non-Newtonian fluid) là chất lỏng có độ nhớt không tuân theo định luật Newton.

Kiến thức tham khảo về chất lỏng phi Newton

1. Phân loại chất lỏng phi Newton

* Có 2 nhóm chất lỏng phi Newton nổi bật:

- Nhóm có độ nhớt tỷ lệ với cường độ áp lực

+ Độ nhớt tỉ lệ nghịch với áp lực (Shear thinning fluid): chịu áp lực càng mạnh, độ nhớt càng giảm, hỗn hợp càng lỏng hơn. Khi không còn lực có thể hồi phục lại trạng thái ban đầu gần như ngay lập tức. VD: sốt cà chua, kem đánh răng, sơn, polymer…

+ Độ nhớt tỉ lệ thuận với áp lực (Shear thickening fluid): chịu áp lực càng mạnh, độ nhớt càng tăng, chất lỏng càng rắn lại. Đó là trường hợp của Oobleck, caramel, protein tơ nhện.

- Nhóm có độ nhớt tỷ lệ theo thời gian

+ Độ nhớt tỉ lệ nghịch với thời gian (Thixotropic fluid): thời gian chịu lực càng lâu, độ nhớt càng giảm, càng lỏng hơn, và cần một khoảng thời gian tương tự để trở lại trạng thái ban đầu. VD: đất sét, bùn khoan, dầu nhớt, mật ong…

+ Độ nhớt tỉ lệ thuận với thời gian (Rhepetic fluid): thời gian chịu lực càng lâu, độ nhớt càng tăng, trở nên dầy hơn hoặc rắn lại. VD: kem trở nên bông, xốp và dầy hơn khi được đánh liên tục.

* Một số chất lỏng phi Newton khác như lòng trắng trứng thay đổi độ nhớt khi thay đổi nhiệt độ (trở nên rắn hơn khi bị đun nóng). Cát lún (hỗn hợp nước và cát) cũng là chất lỏng phi Newton, nên khi bị lún trong cát, nếu bạn vùng vẫy (tạo áp lực) sẽ khiến cát rắn lại và khó thoát ra hơn, cách tốt nhất là thư giãn, nằm ngang ra, trườn đi như một em bé. Và bạn có biết, bên trong chúng ta có một chất lỏng phi Newton đang chạy khắp cơ thể: đó là máu.

2. Đặc điểm của chất lỏng phi Newton

- Độ nhớt của các chất lỏng phi Newton như oobleck, kem đánh răng, cao su, silicon không phải là hằng số và có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau, dưới tác động của một hay nhiều yếu tố như lực, thời gian hay nhiệt độ. Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường, có thể từ lỏng hóa rắn, từ rắn hóa lỏng hoặc dày và xốp lên. Không phải loại hạt nào cũng có thể tạo được hỗn hợp phi Newton, chỉ có thể tạo ra thứ chất lỏng hóa rắn nhờ trộn đều chúng với các hạt có kích thước tối thiểu 1 micron hay 0,0001 cm.

- Trong khi đó, độ nhớt của chất lỏng phi Newton không phải là hằng số, có thể thay đổi theo nhiều cách khác nhau dưới tác động của một hay nhiều yếu tố: lực, thời gian, nhiệt độ… Khi độ nhớt thay đổi, loại chất lỏng này phản ứng hoàn toàn khác chất lỏng thông thường: lỏng hóa rắn, rắn hóa lỏng, dầy và xốp lên… VD: Oobleck rắn lại khi chịu lực.

- Có nhiều loại chất lỏng phi Newton khác nhau, nhưng đều có đặc điểm chung là hỗn hợp các hạt lơ lửng trong môi trường lỏng. Chất lỏng phi Newton thường gặp ở dạng nhũ tương (hỗp hợp hai chất lỏng không hòa tan được với nhau) như sốt mayonnaise là hỗn hợp trứng và dầu; hoặc dạng huyền phù (các hạt rắn trong một chất lỏng) như Oobleck

3. Chất lỏng hóa rắn Oobleck

- Chất lỏng phi Newton là tên gọi chung của các loại chất lỏng có độ nhớt biến thiên, thay vì là hằng số theo định luật Newton. Nghe có vẻ xa xôi nhưng chúng ta hoàn toàn có thể tạo ra loại chất lỏng này bằng cách trộn bột ngô với nước, tạo ra "Oobleck”.

Chất lỏng hóa rắn Oobleck-  là một ví dụ về chất lỏng phi Newton dễ làm mà bạn có thể tạo ra một cách đơn giản. Nó là hỗn hợp dung dịch của bột ngô (bột năng) và nước theo tỉ lệ khoảng 1,5 – 2 cốc bột ngô: 1 cốc nước

- Tên gọi của chất này bắt nguồn từ quyển sách “Bartholomew and the Oobleck” dành cho thiếu nhi xuất bản năm 1949 của Dr. Seuss, viết về một ông vua cảm thấy buồn chán với thời tiết ở cung điện và ông ta muốn thứ gì đó hoàn toàn mới từ trên trời rơi xuống.

- Oobleck cùng hầu hết các loại chất lỏng phi Newton được ứng dụng phổ biến hiện nay đều có tính chất chung là: Ở dạng lỏng khi tác động nó một lực yếu nhưng lại hóa rắn tức thời bởi lực tác động mạnh.

- Thử dùng ngón tay ấn mạnh lên trên Oobleck, bề mặt tại đó sẽ rắn lại. Nhưng từ từ nhúng cả bàn tay vào Oobleck, bàn tay sẽ lún xuống dễ dàng. Nếu đột ngột rút tay ra khỏi Oobleck một lần nữa, nó lại hóa rắn và thậm chí bạn có thể rút ra cả khối Oobleck lên cùng lúc. Có thể dùng tay để bốc Oobleck lên, nhưng khi lỏng tay, nó sẽ tan chảy ngay.

- Cũng nhờ vào tính chất đặc biệt này, người ta có thể dùng chất lỏng phi Newton để tạo ra loại gờ giảm tốc thông minh cho phép các xe chạy chậm lướt qua như mặt phẳng, nhưng lại khiến xe phóng nhanh chịu những cú xóc tương tự loại gờ truyền thống.

4. Ví dụ về chất lỏng phi Newton

- Tương cả chua; Dung nham; Sơn; Bơ đậu phộng, Kem đánh răng, Nhưa cây. Chất lỏng hóa rắn Oobleck; Cao su; Bùn; Xi màng, Mayonnaise.

- Nhựa cây chảy thành dòng nhưng một cú đập mạnh bất ngờ có thể khiến nó bị tan vỡ như thủy tinh

- Sốt cà chua sẽ trở nên loàng hơn nếu có một lực tác động, ví dụ như lắc hoặc khuấy