비뉴턴 유체 문서 원본 보기

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[[파일:Rheology of time independent fluids.png|섬네일]]

'''비뉴턴 유체'''(non-Newtonian fluid)는 [[뉴턴의 점성법칙]], 응력과 무관한 즉 일정한 점도를 따르지 않는 유체이다. 비뉴턴 유체에서 점도는 힘이 가해지는 정도에 의해 더 액체 또는 더 고체로 변할 수 있다. 예를 들어 [[토마토 케첩]]은 흔들릴 때 더 잘 움직이며 비뉴턴 유체이다. 많은 소금 용액과 용융된 폴리머 그리고 녹아내린 [[초콜릿]] 등은 [[꿀]], [[치약]], 전분 현탁액, [[페인트]], 혈액 및 샴푸와 같이 흔히 발견되는 물질과 마찬가지로 비뉴턴성 액체이다.

이러한 의미에서 '''비뉴턴 유체'''(Non-Newtonian fluid)는 [[전단 응력]]이 [[변형률]]에 직접적으로 비례하지 않는 [[유체]]이다.

많은 일반적인 유체가 비뉴턴 유체가 움직이는 것과 같은 성질을 보인다.

비뉴턴 유체는 유체의 유동이 시간이라는 변수에 대해서 시간독립적(time-independent behavior)인 시간독립성 유체와 시간의존적(time-dependent behavior)인 [[시간의존성 점도]]로 분류할 수 있다.

비뉴턴 유체는 [[점성도]]가 시간의 영향을 받지 않는 [[유사소성]], [[빚음성 흐름|소성]], [[팽창성]] 유동이 있고, 시간의 영향을 받는 [[요변성]], [[유변성]] 유동이 있다.

==비뉴턴적 행동의 유형==
===요약===

===층밀림 두꺼워지기 유체===
[[층밀림 두꺼워지기]]

===층밀림 얇아지기 유체===
[[층밀림 얇아지기]]

===빙엄 플라스틱===
[[빙엄 플라스틱]]

=== 유변성 또는 항-요변성 ===
[[유변성]]

[[요변성]]

==예시==
===우블렉===
[[파일:UniversumUNAM55 (cropped).JPG|섬네일|멕시코 시티 [[우니베르숨 (UNAM)|우니베르숨]]에서 비뉴턴 유체 시연]]
[[파일:Corn speaker.jpg|섬네일|right|서브우퍼의 우블렉. 이 경우 음파에 의해 우블렉에 힘을 가하면 비뉴턴 유체가 두꺼워진다.<ref>이 우블렉 시연은 유투브 동영상에서 인기 있는 주제이다.{{which|date=March 2021}}</ref>]]

비뉴턴 유체의 저렴하고 [[무독성]]인 예는 물에 [[전분]](예: 옥수수 전분/옥수수 가루)을 현탁시킨 것으로, 때로는 "우블렉", "나무 수액" 또는 "마법의 진흙"이라고도 한다(물 1대 옥수수 전분 1.5에서 2).<ref name="Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment">{{웹 인용|url=http://www.instructables.com/id/Oobleck/|title=Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment|website=instructables.com}}</ref><ref name="Outrageous Ooze">{{웹 인용|url=http://www.exploratorium.edu/science_explorer/ooze.html|title=Outrageous Ooze|website=Exploratorium}}</ref><ref name="Magic Mud and Other Great Experiments">{{서적 인용|chapter-url=https://books.google.com/books?id=v4qow8T1qsYC&pg=PA235|pages=235–236|title=The Complete Home Learning Source Book|last=Rupp|first=Rebecca|chapter=Magic Mud and Other Great Experiments|year=1998|publisher=Three Rivers Press |isbn=978-0-609-80109-3}}</ref> "oobleck"이라는 이름은 [[닥터 수스]]의 책 ''[[바르톨로뮤와 우블렉]]''(Bartholomew and the Oobleck)에서 유래되었다.<ref name="Oobleck: The Dr. Seuss Science Experiment"/>

[[팽창성]] 특성으로 인해 우블렉은 특이한 동작을 나타내는 시연에 자주 사용된다. 각 단계에서 두꺼워짐을 유발할 만큼 충분한 힘을 제공할 수 있을 만큼 빠르게 움직이는 사람은 [[층밀림 두꺼워짐]] 특성으로 인해 가라앉지 않고 큰 우블렉 통 위를 걸을 수 있다. 또한 충분히 높은 볼륨으로 구동되는 대형 서브우퍼에 우블렉을 놓으면 스피커에서 나오는 저주파 음파에 반응하여 두꺼워지고 [[정지파]]를 형성하게 된다. 사람이 우블렉을 주먹으로 치거나 치면 두꺼워지고 고체처럼 작용할 것이다. 타격 후 우블렉은 다시 얇은 액체 상태로 돌아간다.

===플루버(슬라임)===
[[플러버 (물질)]]

===차가운 카라멜 토핑===
===어리석은 퍼티===
[[실리퍼티]]

===식물 수지===
===흐르는 모래===
[[유사 (모래)]]

===케첩===
===마른 알갱이 흐름===

== 멱법칙 유체 ==
시간 독립성 유체의 경우, [[멱법칙]] 모델(power law model)에 의한 1차원 유동은

<math>\tau_{xy}=k\left( {{du}\over{dy}} \right)^n</math>

n:유동거동지수(behavior index, 일관성 지수), 무차원

k:점조도지수(consistency index, 멱법칙 지수)(N․sⁿ/m²)

:<math>n=1</math>이고 <math>k=\mu</math>이면, [[뉴턴 유체|뉴턴의 점성 법칙]]과 동일하게 됨을 예상할 수 있다.

따라서 <math>n\neq1</math>에서 뉴턴 유체 범주에서 벗어날 수 있으므로 n값은 비뉴턴 유체의 성질과 상대적으로 밀접한 관계를 보여준다.

== 오스트발트-드 웰 관계식 ==
멱법칙 유체인 [[오스트발트-드 웰 관계식]]으로 [[뉴턴 유체]]를 확장하여 표현하면 아래와 같다.

:<math>\eta =  \mu  \left\vert{\lambda \dot{\gamma}} \right\vert^{n-1}   </math>

:<math>\eta</math>는 [[점성|점성도]]
:<math> \mu </math>는 유체의 [[점성계수]]
:<math> \lambda = {{\mu}\over{\tau}} </math>
:<math> \gamma = {{du}\over{dy}} </math>

== 허쉘-버클리 유체 ==
:<math>\tau_{xy} = \tau_{0} + k \left( {{du}\over{dy}} \right)^{n}</math>
위의 허쉘-버클리(Herschel-Buckley) 비뉴턴 유체는 다음과 같은 [[점도]] 표현식으로 나타낼 수 있다.
:<math>\mu = \mu_{0} + k \left( {{dV}\over{dx}} \right)^{n-1}</math>

== 리-아이링 이론 ==
한편 이러한 비뉴턴 유동현상을 다루는 [[리-아이링 이론]]은 유체에 대한 비뉴턴 유동 현상으로부터 어떠한 유체도 구성 입자가 있는다는 사실에서 [[양자역학]]의 개념을 적용한 이론으로 볼 수 있다. 이러한 의미에서라면 유체뿐만 아니라 고체까지도 결국에는 변화에서 자유롭지 않기에 '모든 물체는 변한다'는 포괄적인 개념을 얻을 수 있다.

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[뉴턴 유체]]
* [[유변학]]
* [[빙엄 플라스틱]]
* [[시간의존성 점도]]
* [[일반화된 뉴턴 유체]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
* [http://dongascience.donga.com/special.php?idx=834 과학동아]
* [https://www.joongang.co.kr/article/3736817 중앙일보 - ‘유변학’을 아시나요]
* [https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=297190&cid=60262&categoryId=60262 캐손유체]
* [https://web.archive.org/web/20190217142636/https://www.e-sciencecentral.org/upload/jbe/pdf/ksam-35-408.pdf 호밀가루의 레올로지 특성분석 - ScienceCentral]

{{전거 통제}}
{{토막글|역학}}

[[분류:비뉴턴 유체| ]]
[[분류:고분자]]
[[분류:유체역학]]
[[분류:사람 이름을 딴 낱말]]
[[분류:마찰학]]
[[분류:연속체역학]]
[[분류:점성]]