Üzerinde koşabildiğimiz sıvılar, elimizi içinden geçirdiğimizde sıvı yumruk attığımızda katı gibi davranan akışkanlar, içinize giydiğinizde ve birisinden size vurmasını istediğinizde hiçbir darbeyi hissettirmeyecek ve sizi bir süper kahraman gibi gösterecek yumuşak ve hafif süngerimsi yelekler ve geçtiğimiz günlerde pek popüler olan slimelar… Daha nice şaşırtıcı meziyetleriyle bizi şaşkınlığa uğratan bütün bu akışkanların ortak noktası nedir? Bu akışkanların hepsi newtonsal olmayan akışkanlar (non-newtonian fluids) olarak adlandırılıyor.

Peki, bu akışkanlara neden newtonsal olmayan akışkanlar diyoruz? Bunu anlamak için önce newtonsal akışkanlara bir göz atalım.

 NEWTONSAL AKIŞKANLAR(Newtonian Fluids):

İsminden de tahmin edeceğiniz üzere Sir Isaac Newton’un viskozite yasalarına uyan akışkanlara newtonsal akışkanlar deriz. Fiziğin altın isimlerinden oluşuyla ve hareket yasaları ile hepimiz biliriz Newton’u. Peki nedir bu meşhur fizikçinin viskozite yasası?

Viskozite, basit akışkanların akış direncini karakterize eden fiziksel bir özelliktir.  Bir akışkanın viskozitesi, kesme gerilimi ve kesme gerinimi(shear strain and shear stress) tarafından oluşan kademeli deformasyona karşı direncinin ölçüsüdür. Akmaya karşı direnç olarak da tanımlayabiliriz. Akışkan molekülleri birbirini çekerek birbirlerine göre farklı ve bağıl hızlar kazanmalarını engellemeye çalışır ve çekim güçlüyse viskozite yüksek zayıfsa viskozite düşük olur.

NEWTONSAL OLMAYAN AKIŞKANLAR:

Newton’un viskozite yasasına uymayan akışkanlardır. Bu akışkanlarda zamana bağlılıklarına göre 2’ye ayrılırlar:

1-Zamandan bağımsız newtonsal olmayan akışkan davranış
2-Zamana bağlı newtonsal olmayan akışkan davranış

1-ZAMANDAN BAĞIMSIZ NEWTONSAL OLMAYAN AKIŞKAN DAVRANIŞ:

A-PLASTİK AKIŞ(BİNGHAM AKIŞ)

Modern reoloji araştırmacılarından olan Bingham adına ithafen Bingham Akış olarak da adlandırılmaktadır. Plastik akış eğrisi orjinden geçmez.Bu tip sıvılar hemen akmaz kayma gerilimi belli bir eşik değerine (yield value) ulaşınca akış görülür. Eşik değeri altındaki gerilimlerde elastik madde gibi davranır, eşik değerinden sonra newtonian akışkan davranışı görülür.
Örneğin: sabit halde iken akmayan diş macunu belli bir kayma gerilmesi altında akışkanlık kazanır. Mayonez ve tüp çikolatalar da bu duruma örnek olarak gösterilebilir.

B-PSEUDOPLASTİK AKIŞ

Kesme(kayma) gerilmesinin artması ile viskozitesi azalan akışkanlarda görülen akış tipidir. Viskozite, kayma hızı ile ters orantılıdır. Eşik değeri yoktur, viskozitesi tek bir nokta ile ifade edilemez. Boyalar, doğal ve sentetik zamklar, polimerleri içeren yarı katı sistemler,kan…

C-DİLATANT AKIŞ

Pseudoplastik akışın tam tersi davranış gösterir. Kayma hızı ile viskozite doğru orantılıdır. Bu akışkanlara en iyi örnek olarak Ooblec’i verebiliriz.
Oobleck bir çocuk kitabı olan Dr.Seuss’ta bulunan bir tariften ismini alan, mısır unu ve su
karışımından oluşan bir tür hamurdur. sıvı gerilim uygulanana dek akıcıdır ancak uygulanınca katı gibi davranır. Bir çekiç ile vurursan etrafa dağılıp sıçramak yerine bir arada kalır ve elinde katı bir top gibi oynayabilirsin ancak oynamayı bırakırsan sıvıya döner ve parmaklarının arasından sızar.

2-ZAMANA BAĞLI NEWTONSAL OLMAYAN AKIŞKAN DAVRANIŞ:

 

A-TİKSOTROPİK AKIŞ

Viskozite, artan gerilim etkisiyle zaman geçtikçe azalır. Yani, tiksotropik davranış zamana bağlı pseudoplastik davranış olarak tanımlanabilir.

Ketçap ve bal tiksotropik davranış gösterirler. Bu davranışın diğer örnekleri arasında Paul Fisher tarafından geliştirilen ve yerçekimsiz ortamda yazabilen astronot kalemler(bir kuvvet uygulanmadıkça akmayacak kadar yoğun olan bir basınçlandırılmış tiksotropik mürekkep içerirler) ve elektronik cihazların üretimindeki baskı prosesinde kullanılan lehim macunları gibi uygulamalar da vardır.

B-REOPEKTİK AKIŞ

Viskozite, artar gerilim etkisiyle zaman geçtikçe artar. Tiksotropik akış ile zıt özellik gösterir. Zamana bağlı dilatant davranış olarak tanımlanabilir. Krema, yazıcı mürekkepi… gibi örnekleri bulunmaktadır.

 

Kaynakça:

https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1502-non-newtonian-fluids

https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/15128/mod_resource/content/0/DERS-3.pdf

http://kisi.deu.edu.tr/kamile.tosun/Malzeme_ders_6_Reoloji-2.pdf

https://espace.library.uq.edu.au/view/UQ:78856

http://e-kutuphane.teb.org.tr/pdf/tebakademi/modern_farmasotk/23.pdf