السوائل غير النيوتونية، خالفت قانون نيوتن، وتمكننا من المشي عليها!

جميعنا أردنا المشي على الماء، ومنّا من حاول وفشل، وخاب ظنه بقدرته بالمشي على السوائل. في هذا المقال، ستتغير وجهة نظرك ورأيك بقدرتك على المشي على السوائل.

السوائل النيوتونية وغير النيوتونية:

لنعد قليلًا إلى القرن الثامن عشر، حيث تعود قصتنا إلى إسحاق نيوتن الذي وضع قانون اللزوجة، وهو الذي أسس لمصطلح «السوائل النيوتونية». حيث عرّفها بأنها السوائل التي تكون لزوجتها ومقدار تدفقها ثابتين إلا بتغير درجة الحرارة والضغط.

خضعت السوائل لقانون نيوتن في اللزوجة، ولكن المفارقة هي أن هناك موائع لم تخضع لهذا القانون، وخالفت سلوك السوائل النيوتونية فسميت بـ«السوائل غير النيوتونية-Non-Newtonian fluid». تتغير هذه الموائع تبعًا لتغير القوة الخارجية، أو لتغير القص؛ والقص هو الحركة النسبية بين الطبقات المتجاورة لمائع متحرك.[3]

أنواع السوائل غير النيوتونية:

من المعروف أن ازدياد درجة الحرارة وقلة كثافة السائل تؤدي إلى لزوجة أقل، كما يؤدي انخفاض درجة الحرارة وزيادة كثافة السائل إلى زيادة اللزوجة. ولكن القاعدة هنا قد تغيرت قليلًا، فلزوجة السوائل غير النيوتونية تتغير حسب القص وتتصرف بطرق متنوعة عند تعرضها لمعدلات قص مختلفة.

وهناك أربعة أنواع منها:

1- «ترقق القص-Shear thinning »

تقل لزوجة هذا النوع من السوائل بوجود معدل قص أعلى، فالكاتشب مثلاً سائل لا نيوتوني. فلنفترض بأننا نريد استخدام علبة كاتشب، ونحن نعلم بوجود كمية منه في هذه العلبة. وعند قلبها رأسًا على عقب لاشيء يحدث! ولا نحصل على كمية الكاتشب التي نريدها إلا برجّ العلبة. أي أننا طبقنا قوة قص أعلى فأصبحت لزوجة الكاتشب أٌقل، وحصلنا على كمية الكاتشب التي نريدها. وقس على ذلك باقي السوائل من هذا النوع.

2- «تثخن القص-Shear thickening »

أما هذا النوع من السوائل تزداد لزوجته بوجود معدل قص أعلى. وعلى سبيل المثال يتكون «الأوبليك-Oobleck» من مزيج من دقيق الذرة والقليل من الماء. فتخيل معي أنك إذا طبقت قوة كبيرة على هذا السائل سيقوم بالمقاومة وسيصبح قاسيًا، ولكن إذا عاملته بلطف سيعود سائلًا كما كان.

تخيل معي أنه يمكنك السير على هذا السائل دون الغرق فيه، فإذا سألك أحدهم عن قدرتك على المشي على هذا السائل، فقل له نعم وبكل ثقة! ولكن انتبه بأنه عند توقفك سيسحبك السائل نحوه.
[2]

3- «المتغيرة الانسيابية-Thixotropic»

لهذا النوع من السوائل لزوجة تعتمد على الوقت ومعدل القص، فكلما زاد معدل القص مع الوقت قلت اللزوجة، ولكن عند التوقف تعود اللزوجة لتزداد تدريجيًا.
على سبيل المثال عندما نحرك الزبادي الذي تكون لزوجته مرتفعة تنخفض هذه اللزوجة مع الوقت، ولكن مع إيقاف التحريك تزداد اللزوجة تدريجيًا لتعود إلى ما كانت عليه.

4- «متغيرة السيولة مع الزمن-Rheopectic»

هذا النوع من السوائل معاكس تمامًا للسوائل المتغيرة الانسيابية، فاللزوجة تزداد بازدياد معدل القص مع مرور الوقت. والمثال على هذا «الكريمة المخفوقة-Wipped cream».

وباختصار فإن السوائل غير النيوتونية هي سوائل معاكسة للسوائل النيوتونية بمخالفتها لقانون اللزوجة لنيوتن. ولنتذكر دائمًا أن معظم سوائل جسمنا هي سوائل غير نيوتونية، كالدم وغيره.

المصادر:

[1] nature
[2] pubmed
[3] csidesigns