Newtoniani o Non-Newtoniani? Questo è il problema!

Un po’ di teoria!

Si tratta di uno strano fluido che cambia la sua struttura a seconda delle forze a cui è sottoposto.

Tutti sappiamo che se immergiamo un piede in una pozzanghera, il piede sprofonderà nel liquido.

Che poi la pozza sia di acqua, aranciata o olio d’oliva non fa molta differenza, in quanto tutti i liquidi, che sono incomprimibili, assumono la forma del recipiente, deformandosi se soggetti ad una forza.

La caratteristica che permette ciò è la fluidità, ovvero la capacità delle particelle che compongono il liquido di “scorrere” le une sulle altre. Questo comporta che quando un fluido viene sottoposto ad uno sforzo di taglio, esso si deforma “per far posto” al corpo che applica la forza (che è esattamente ciò che accade nell’esempio del piede che si immerge nella pozzanghera).

Il termine contrario di fluidità è viscosità, che rallenta lo scorrimento delle particelle di un liquido, ad esempio il miele, l’olio sono più viscosi dell’acqua.

Tutti liquidi, benché dotati di viscosità, sono prevalentemente fluidi, ma alcuni di essi, opportunamente miscelati con altre sostanze, possono assumere particolari caratteristiche che li trasformano in fluidi Non-Newtoniani!

Un fluido Non-Newtoniano è un fluido in cui il valore della viscosità non è costante, a parità di pressione esterna e di temperatura, ma varia a seconda dello sforzo di taglio che viene applicato.

Sono molti i tipi di fluidi con queste caratteristiche, ma noi ci occuperemo dei fluidi Non-Newtoniano dilatanti, ovvero fluidi che si comportano quasi come un solido se sottoposti ad una forza improvvisa, mentre conservano le caratteristiche di un liquido molto viscoso se la forza è regolare e non impulsiva.

Prepariamo un fluido Non-Newtoniano

MATERIALE:

acqua, amido di mais, vaschetta/bacinella, cucchiaio, bicchiere per dosare

PROCEDIMENTO:

La miscela si prepara mantenendo una proporzione volumetrica (non di peso) di 1:2 fra l’acqua e l’amido; per ogni tazza di acqua se ne utilizzano due di amido di mais. Si possono usare le mani o un cucchiaio per incorporare al meglio i due ingredienti.

Conviene preparare la miscela un po’ per volta, non versare nella bacinella tutto l’amido, aggiungendo l’acqua alla fine: ciò renderebbe troppo lungo e difficoltoso il mescolamento.

L’acqua deve essere aggiunta lentamente per valutare bene la consistenza del fluido che non deve risultare troppo liquido, la pastella deve avere la giusta consistenza.

OSSERVAZIONI:

Prova ad immergere un dito lentamente. Cosa osservi?

Prova ora ad immergere il dito con un colpo forte. Ripeti velocemente. Cosa accade?

Raccogli tra le mani la pastella prodotta e velocemente forma una grossa polpetta; tienila ferma sul palmo della mano e osserva.

SPIEGAZIONE

Esistono alcuni fluidi detti Non-Newtoniani la cui viscosità cambia valore a seconda della forza che viene applicata al fluido.

L’amido di mais non si scioglie nell’acqua e le sue particelle rimangono in sospensione. Quando si esercita una forte pressione, le particelle si ammassano e non fanno penetrare l’oggetto. Se invece l’oggetto viene immerso lentamente, le particelle riescono a separarsi e l’oggetto penetra nel fluido.

ATTIVITÀ DI ESPLORAZIONE

Fai una ricerca per comprendere quali sono le proprietà dei fluidi Non-Newtoniani; concentrati sui seguenti aspetti:

• che cosa si intende per viscosità di un fluido;
• quali fattori influenzano la viscosità dei fluidi ordinari e di quelli Non-Newtoniani;
• individua un grafico che sia significativo e che sintetizzi le varie tipologie di fluidi Non-Newtoniani;
• quali sono le caratteristiche dei fluidi pseudoplastici;
• quali sono le caratteristiche di quelli dilatanti;
• cosa si intende per sostanze di Bingham.

ATTIVITÀ DI CONFRONTO

Le sabbie mobili e il ketchup, pur essendo entrambi esempi di fluidi Non-Newtoniani, mostrano un comportamento diverso. Alla luce di quanto hai appreso esplorando l’argomento, metti in evidenza differenze e analogie tra questi due tipi di fluidi.