Sıvıların Akışkanlık Davranışı
Şekilde üstte vizkositesi düşük, akışkan bir sıvıyı; altta ise vizkositesi yüksek akışkan olmayan bir sıvıyı görüyorsunuz.Sıvılar, kesme (yanal yüzey) gerilimine – bir maddenin yüzeyine paralel uygulanan baskı kuvvetidir- dayanamayan, akışkan maddelerdir. Gazlar da aynı şekilde akışkandır; ama gazlar yüksek oranlarda sıkıştırılabilirken, sıvılar çok az hatta ihmal edilebilecek derecede sıkıştırılabilir (hiç sıkışmaz demek yanlıştır, öbür türlü sıvılar ses ve şok dalgalarına tepki veremezdi)
Şekilde üstte vizkositesi düşük, akışkan bir sıvıyı; altta ise vizkositesi yüksek akışkan olmayan bir sıvıyı görüyorsunuz.Sıvılar, kesme (yanal yüzey) gerilimine – bir maddenin yüzeyine paralel uygulanan baskı kuvvetidir- dayanamayan, akışkan maddelerdir. Gazlar da aynı şekilde akışkandır; ama gazlar yüksek oranlarda sıkıştırılabilirken, sıvılar çok az hatta ihmal edilebilecek derecede sıkıştırılabilir (hiç sıkışmaz demek yanlıştır, öbür türlü sıvılar ses ve şok dalgalarına tepki veremezdi)
Sıvıların akışkanlığı, vizkosite ile ölçülür. Vizkosite, sıvının kesme gerilimiyle oluşan deformasyona gösterdiği tepkidir. Yüksek vizkositeli sıvıların (bal, mayonez, çamurlu şu, ergimiş cam, zift, v.b.) akışkanlığı düşüktür. Vizkositesi küçük olan sıvıların (su, kan, alkol türevleri, v.b.) akışkanlığı yüksektir. Vizkositenin birimi ise kg/(m*s) dir.
Vizkosite değeri belli sıvılar için sabit, belli sıvılar için uygulanan gerilimle değişebilir. İşte, sıvıların bu özelliklerine göre akışkanlıkları sınıflandırılır. Bu sınıflandırma da aşağıdaki şekildedir:
Newton Sıvıları: Bu sıvıların vizkositesi, uygulanan kesme gerilime göre değişmez, dolayısıyla akışkanlıkları hep sabittir. Newton sıvılarına en temel örnek olarak su verilebilir.
Newton-Olmayan Sıvılar: Bu sıvılarda uygulanan kesme gerilimine göre vizkosite, dolayısıyla akışkanlık değişim gösterir. Newton olmayan sıvılar ise şu şekilde sınıflandırılır:
– Zamana bağlı olanlar: Bu sıvılarda akışkanlık (vizkosite), sürekli -zamana bağlı- gerilimle birlikte değişir. Bunlar ise;
– Reopektik (Rheopecty): Zamanla birlikte uygulanan gerilimin vizkositeyi arttığı (örneğin, printer toneri, tonerin kağıda basılmasının sebebi budur)
– Tiksotropik (Thixotropic): Zamanla birlikte uygulanan gerilimin vizkositeyi azalttığı (örneğin; yoğurt, yumurta sarısı gibi sıvılardır.)
– Zamana bağlı olmayanlar: Bu sıvılarda vizkosite, zamandan bağımsız, anlık uygulanan gerilimle değişir. Bunlar ise;
– Dilatant (Kıvamlaşan): Uygulanan ani gerilimle vizkositesi yükselen (kum-su karışımı gibi)
– Yapay Plastik (Pseudoplastic ya da İncelen): Uygulanan ani gerilimle vizkositesi düşen (ketçap gibi)
– Bingham Plastik: Akışkan olabilmesi için minimum bir kesme gerilimine ihtiyaç duyulan; bu eşik değer aşıldığında ise Newton davranışı gösteren (diş macunu gibi) sıvılar olarak sınıflandırılır.
Zamana bağlı olmayan sıvıları ise grafiksel olarak aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz. X-ekseni kesme gerilimini, Y-ekseni ise akışkanlık hızını ifade eder. Dikkat ederseniz, bu grafiklerin eğimleri aslında vizkositeye eşittir. Newton sıvısının eğrisi sabit bir değerken, diğer newton olmayan sıvılarda vizkosite artan gerilimle değişiklik göstermektedir. Dilatant sıvılarda artan gerilimle akışkanlık azalırken, yapay plastiklerde akışkanlık artmaktadır. Bingham plastiklerde ise eşik bir gerilimden sonra akışkanlık newton haline dönmektedir.
Akışkanlığı, devamlı kesme gerilimine olmayan sıvıların akışkanlık davranışları