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Solido o liquido?

Per descrivere il moto di un liquido all'interno di un tubo, si può immaginare che esso sia formato da "guaine" concentriche, infilate una dentro l'altra, che scivolano l'una rispetto all'altra parallelamente al tubo.
 

 

Ogni guaina, che si deve immaginare così sottile da avere uno spessore quasi nullo, è soggetta a una forza di spinta parallela alla sua superficie, detta forza di taglio. Il rapporto fra la forza di taglio e la superficie del liquido che lo subisce si dice sforzo di taglio.
 

 

La stessa descrizione si può applicare allo scorrimento di un liquido su un piano (per esempio uno scivolo inclinato); in questo caso gli strati di liquido che scorrono uno sull'altro non sono più guaine cilindriche, ma lamine piatte (da cui deriva la dizione di "flusso laminare" quando questa descrizione è valida).

Alcuni liquidi scorrono velocemente anche con una piccola forza di taglio, mentre altri si muovono più lentamente a parità di spinta o richiedono una spinta maggiore per raggiungere la stessa velocità. In altre parole liquidi diversi oppongono una resistenza allo scorrimento più o meno grande, cioè sono più o meno viscosi. Quanto maggiore è la resistenza al flusso, tanto più alta è la viscosità e tanto più lento è lo scorrimento del liquido. A causa della viscosità, in effetti non tutte le "guaine" o "lamine" di liquido scorrono alla stessa velocità: quelle a diretto contatto con la parete del tubo o la superficie del piano sono ferme, mentre quelle soprastanti risultano sempre più veloci man mano ci si sposta verso il centro del tubo o ci si allontana dalla parete dello scivolo. A un certo punto la velocità di scorrimento delle "guaine" o "lamine" raggiunge un valore massimo, che resta costante anche a distanze maggiori.

Secondo la legge di Newton, a una data temperatura, la viscosità di un liquido è sempre la stessa, sia che la forza di taglio sia grande, sia che essa sia piccola. Per molti liquidi, per esempio l'acqua, effettivamente è così e, obbedendo alla legge di Newton, sono detti "newtoniani".

Tuttavia, non tutti i liquidi sono newtoniani. Infatti, per molti la resistenza allo scorrimento è diversa a seconda che lo sforzo di taglio sia grande o piccolo e, quindi, non è possibile definire, e misurare, un valore univoco di viscosità. I fluidi non newtoniani sono molto più comuni di quanto si creda. Per esempio possono essere non newtoniane le soluzioni di polimeri, le vernici, gli unguenti, i dentifrici, le salse, le sospensioni colloidali.

A causa della variazione della viscosità di un liquido non newtoniano in funzione dello sforzo di taglio applicato, può accadere che esso possa diventare meno viscoso sotto sforzo. In questo caso, il più comune, si parla di liquido (o più genericamente di fluido) pseudoplastico. Più raramente un liquido o un fluido non newtoniano sotto sforzo può invece assumere una consistenza pressoché solida: in tal caso esso viene definito fluido dilatante.

Tra i fluidi pseudoplastici esistono diversi comportamenti: in alcuni casi essi divengono "più liquidi" (in realtà meno viscosi) quanto più intensa è la sollecitazione meccanica. In altri casi i materiali diventano sempre più "liquidi" quanto più lunga è la durata della sollecitazione meccanica e vengono definiti tissotropici. Pertanto, un materiale tissotropico, che a riposo risulta praticamente solido, diviene liquido se viene percosso, urtato o agitato per un periodo di tempo abbastanza lungo. Materiali tissotropici sono il ketchup e alcuni tipi di inchiostro. Anche le vernici che non colano sono preparati tissotropici, che scorrono facilmente finché agitati dall'azione di pennelli, rulli o spruzzatori, in modo da potere essere stesi uniformemente, e si "rassodano" quando questa azione cessa, per cui non colano.
 

Cosa vediamo oggi

Nella dimostrazione verrà mostrato un gel tissotropico di colore marrone, apparentemente solido a riposo e dall'aspetto simile a quello del sangue rappreso, che diviene liquido mediante agitazione. Sulla base di questo famoso esperimento, pubblicato nel 1991,(¹) la tissotropia è stata proposta come possibile spiegazione scientifica del prodigio della liquefazione del sangue di San Gennaro.

L'amido di mais (maizena), che si impiega comunemente come addensante in cucina e per la preparazione di dolci, invece forma un liquido non newtoniano dilatante quando viene mescolato con acqua, e ben disperso in essa, nelle giuste proporzioni. Manipolato nel modo appropriato questo liquido, che a riposo scorre in modo apparentemente normale, si può letteralmente tenere in mano come si potrà constatare.
(¹): "WORKING BLOODY MIRACLES", di L. Garlaschelli, F. Ramaccini, S. Della Sala, pubblicato in "Nature", volume 353, 10 ottobre 1991, pagina 507.
 

Per saperne di più…

Fluidi non newtoniani

• http://ishtar.df.unibo.it/mflu/html/cover.html
• http://www.galenotech.org/reologia1.htm
• http://www.galenotech.org/reologia2.htm
• http://www.galenotech.org/reologia3.htm

Sangue di San Gennaro

• http://www.cicap.org/new/index.php
• http://www.cicap.org/new/articolo.php?id=100062
• http://www.cicap.org/new/articolo.php?id=100063

Curiosità...

http://www.youtube.com/watch?v=f2XQ97XHjVw

http://www.youtube.com/watch?v=3zoTKXXNQIU

 

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Avviso importante
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