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Solución:
Un comentario rápido sobre su terminología. La descripción “no newtoniano” simplemente significa que el gráfico de tensión/tasa de flujo no es lineal, es decir, no hay un solo coeficiente de viscosidad constante. El fluido que describe es lo que los científicos coloides llamamos “dilatador”, y ciertamente no es newtoniano. Sin embargo, hay muchos otros fluidos no newtonianos, como la salsa de tomate y el champú, que se comportan de diferentes maneras. Consulte ¿Hay buenos experimentos caseros para tener una idea del comportamiento de los líquidos de límite elástico? para una pregunta relacionada.
De todos modos, kleingordon ha explicado por qué ocurre el efecto dilatante, pero permítanme intentar un enfoque ligeramente diferente para la explicación.
Oobleck es una suspensión de partículas sólidas (almidón) en agua. Suponga que tiene una suspensión muy diluida, es decir, mucha agua y un poco de almidón. En este caso, el espacio entre los granos de almidón es grande, por lo que los granos pueden fluir sin golpearse entre sí y la suspensión se comporta como el agua. A medida que aumenta la cantidad de almidón, el espacio entre los granos disminuye, hasta que en algún momento el espacio entre los granos se vuelve menor que el tamaño de un grano. En este punto, cuando intenta aplicar una gran fuerza a la suspensión, los granos de almidón chocan entre sí y se unen para formar una estructura. El agua en la suspensión ahora tiene que fluir a través de los pequeños poros en el “armazón” del grano de almidón y esto requiere mucha fuerza. Por lo tanto, puede pararse en la suspensión por un momento. Si aplica una pequeña fuerza, los granos de agua/almidón se mueven lentamente y esto da tiempo para que los granos de almidón se deslicen entre sí para que fluyan. Por eso el tipo de la camisa blanca podía correr sobre el oobleck, pero cuando se detenía se hundía poco a poco.
Puedo abordar una clase de fluidos no newtonianos que consisten en partículas sólidas dispersas en un medio líquido, como la mezcla de maicena y agua comúnmente llamada “oobleck”. En un lenguaje más científico, estoy hablando de suspensiones coloidales concentradas de partículas. Aquí hay una imagen de oobleck, tomada de Dounas-Frazer et al 2012.
Estos fluidos tienden a espesarse por cizallamiento, como usted describe. Su viscosidad aumenta sustancialmente una vez que la velocidad del fluido aumenta por encima de un valor crítico. Esto tiende a hacer que se endurezcan en respuesta a los impactos, lo que permite actividades divertidas como correr por la superficie fluida (vea http://youtu.be/yHlAcASsf6U y videos relacionados. Las ondas de Faraday también son especialmente fascinantes).
Así es como se produce el engrosamiento por cizallamiento: imagine un gradiente de velocidad en el fluido. Luego, los granos en una capa del fluido tendrán que “dar la vuelta” a las partículas en otra capa del fluido, chocando entre sí mientras lo hacen. Cuanto más pronunciado sea el gradiente de velocidad, más tenderá el fluido a “dilatarse” en la dirección normal al gradiente. Pero una vez que el efecto de dilatación se vuelve lo suficientemente grande, la tensión superficial del agua proporciona una fuerza de confinamiento que resiste una mayor dilatación. Esto hace que sea mucho más difícil mantener el gradiente de velocidad y, por lo tanto, la viscosidad aumenta. (Esta explicación se basa en la discusión en Fall et al 2007).
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