비뉴턴유체가 단단해 지는 원리는 무엇인가요?
비뉴턴 유체는 어떤 유체를 말하는 건지 정의가 궁금합니다
또한 비뉴턴유체는 신기하게도 단단해 지던데
왜 이러한 현상이 발생하는지 과학적 원리가 궁금합니다
안녕하세요.
비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid)는 특정한 조건하에서 그 점성(Viscosity)이 변화하는 유체를 말합니다. 뉴턴 유체(Newtonian fluid)와는 달리, 비뉴턴 유체는 응력(Stress)이 가해질 때 유체의 점도가 일정하지 않고 변화합니다. 이러한 유체들은 주로 전단 응력(Shear stress)이나 충격에 따라 그 특성이 달라집니다.
비뉴턴 유체는 전단 응력에 의해 점도가 증가하는 전단 농화(Shear thickening) 유체와 전단 응력에 의해 점도가 감소하는 전단 약화(Shear thinning) 유체 크게 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 예를 들어, 옥수수 전분과 물을 섞은 유체는 일반적인 전단 농화 유체의 예로, 이 유체에 강한 충격이나 압력이 가해질 때 유체의 점도가 증가하여 일시적으로 고체 같은 상태가 됩니다.
이 현상은 입자들 간의 상호작용과 관련이 깊습니다. 유체 내의 입자들이 서로 뭉치거나 정렬될 때, 유체의 내부 구조가 임시적으로 강화되어 점도가 높아집니다. 이러한 특성 때문에, 전단 농화 유체는 충격을 받을 때 입자들이 더 밀접하게 배열되어 일시적으로 단단해지는 현상을 보입니다.
전단 약화 유체의 경우, 전단 응력을 받으면 입자들 사이의 상호작용이 약해져 유체가 더 흐르기 쉬운 상태가 됩니다. 토마토 소스나 케첩이 대표적인 예입니다. 흔들거나 짜내면 점도가 감소해 흐르기 쉬워지는 것을 볼 수 있습니다.
비뉴턴 유체의 이러한 독특한 특성은 많은 공학적 응용에서 중요한 역할을 합니다. 자동차의 충격 흡수기나 일부 보호 장비에서 이용되어 충격을 효과적으로 줄이는데 기여합니다.