Un fluido non newtoniano è un fluido la cui viscosità è variabile in base allo stress applicato. Il fluido più comunemente noto di questo tipo è l’amido di mais sciolto in acqua. Contrasta con i fluidi newtoniani come l’acqua, il cui comportamento può essere descritto esclusivamente dalla temperatura e dalla pressione, non dalle forze che agiscono su di esso di secondo in secondo. Questi fluidi sono sostanze affascinanti che possono essere utilizzate per aiutarci a comprendere la fisica in modo più dettagliato, in un modo emozionante e pratico.
Se prendi a pugni un secchio pieno di un fluido non newtoniano ispessito al taglio, lo stress introdotto dalla forza in entrata fa sì che gli atomi nel fluido si riorganizzino in modo che si comporti come un solido. La tua mano non passerà. Se infili lentamente la mano nel fluido, tuttavia, penetrerà con successo. Se estrai bruscamente la mano, si comporterà di nuovo come un solido e in questo modo puoi letteralmente estrarre un secchio di liquido dal suo contenitore.
Un fluido non newtoniano che assottiglia lo shear si comporta in modo opposto. In questo tipo, il fluido diventa più sottile, piuttosto che più denso, quando viene applicato lo stress. Chiamato anche pseudoplastico, esempi di questo tipo di fluido includono ketchup, dentifricio e vernice. L’effetto di solito non dura a lungo in nessuno dei due tipi, continuando solo finché viene applicato lo stress.
I fluidi non newtoniani ci aiutano a comprendere l’ampia varietà di fluidi che esistono nel mondo fisico. Solidi plastici, fluidi a legge di potenza, fluidi viscoelastici e fluidi con viscosità dipendente dal tempo sono altri che mostrano relazioni complesse e controintuitive tra sforzo di taglio e viscosità/elasticità. Tuttavia, il fluido non newtoniano è probabilmente il più eccitante con cui giocare.
Una ricerca di fluidi non newtoniani su YouTube fornisce alcuni risultati interessanti. In diversi spettacoli di giochi, i presentatori o i concorrenti si imbattono in grandi vasche di fluido non newtoniano ispessente al taglio, in grado di attraversarle a meno che non si fermino, nel qual caso affondano immediatamente. Se combinati con una piastra oscillante, questi fluidi mostrano altre proprietà insolite, come “dita” sporgenti e buchi che persistono dopo averli creati. Una piastra oscillante applica una sollecitazione su base periodica, modificando rapidamente la viscosità del fluido e ponendolo in una strana via di mezzo tra un liquido e un solido.
Un’applicazione pratica per fluidi non newtoniani che ispessiscono il taglio potrebbe essere l’armatura del futuro. Poiché tali fluidi sono generalmente flessibili, consentirebbero ai soldati di muoversi liberamente quando non sono sotto attacco. Ma se confrontati con un proiettile in corsa, diventerebbero rapidamente più difficili, comportandosi come un’armatura tradizionale. Sono necessarie ulteriori ricerche per vedere se i fluidi non newtoniani sono adatti per i militari, ma fino ad allora è sicuramente divertente giocarci.