Eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit, deren Viskosität je nach aufgebrachter Spannung variabel ist. Die bekannteste Flüssigkeit dieser Art ist in Wasser gelöste Maisstärke. Im Gegensatz zu Newtonschen Flüssigkeiten wie Wasser, deren Verhalten ausschließlich durch Temperatur und Druck beschrieben werden kann, nicht durch die von Sekunde zu Sekunde auf sie einwirkenden Kräfte. Diese Flüssigkeiten sind faszinierende Substanzen, die uns helfen können, die Physik auf spannende und praktische Weise näher zu verstehen.
Wenn Sie einen Eimer voll mit einer scherverdickten nicht-Newtonschen Flüssigkeit stanzen, bewirkt die durch die einwirkende Kraft eingeführte Spannung, dass sich die Atome in der Flüssigkeit neu anordnen, so dass sie sich wie ein Festkörper verhält. Ihre Hand geht nicht durch. Wenn Sie Ihre Hand jedoch langsam in die Flüssigkeit stecken, wird sie erfolgreich eindringen. Zieht man die Hand abrupt heraus, verhält sie sich wieder wie ein Festkörper und man kann auf diese Weise buchstäblich einen Eimer Flüssigkeit aus seinem Behälter ziehen.
Eine strukturviskose nicht-newtonsche Flüssigkeit verhält sich umgekehrt. Bei diesem Typ wird die Flüssigkeit bei Belastung eher dünner als dicker. Beispiele für diese Art von Flüssigkeit, auch pseudoplastisch genannt, sind Ketchup, Zahnpasta und Farbe. Der Effekt hält normalerweise bei beiden Typen nicht lange an und hält nur an, solange der Stress angewendet wird.
Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten helfen uns, die große Vielfalt von Flüssigkeiten zu verstehen, die in der physikalischen Welt existieren. Plastische Feststoffe, Potenzgesetz-Flüssigkeiten, viskoelastische Flüssigkeiten und Flüssigkeiten mit zeitabhängiger Viskosität sind andere, die komplexe und kontraintuitive Beziehungen zwischen Scherspannung und Viskosität/Elastizität aufweisen. Nicht-Newtonsche Flüssigkeit ist jedoch wahrscheinlich die aufregendste, mit der man spielen kann.
Eine Suche nach einer nicht-newtonschen Flüssigkeit auf YouTube bringt einige interessante Ergebnisse. Bei mehreren Spielshows laufen Moderatoren oder Teilnehmer über große Bottiche mit scherverdickter nicht-newtonscher Flüssigkeit, die sie durchqueren können, wenn sie nicht anhalten – in diesem Fall sinken sie sofort. In Kombination mit einer oszillierenden Platte zeigen diese Flüssigkeiten andere ungewöhnliche Eigenschaften, wie hervorstehende „Finger“ und Löcher, die nach ihrer Erzeugung bestehen bleiben. Eine oszillierende Platte übt periodische Belastungen aus, wodurch sich die Viskosität der Flüssigkeit schnell ändert und sie in einen ungeraden Mittelweg zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff versetzt.
Eine praktische Anwendung für die Scherverdickung von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten könnte der Körperschutz der Zukunft sein. Da solche Flüssigkeiten normalerweise flexibel sind, könnten sich Soldaten frei bewegen, wenn sie nicht angegriffen werden. Aber wenn sie mit einer rasenden Kugel konfrontiert würden, würden sie schnell härter und funktionieren wie traditionelle Rüstungen. Ob nicht-newtonsche Flüssigkeiten für das Militär geeignet sind, muss noch erforscht werden, aber bis dahin macht es sicher Spaß, damit zu spielen.