A mágica dos fluidos não-newtonianos

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Em fluidos comuns, tais como o óleo, a água e o ar, observa-se que a tensão de cisalhamento (τ) é diretamente proporcional à taxa de deformação (du/dy). Newton, percebendo essa bela relação, mostrou que para esses fluidos é válida a fórmula:

Onde μ é uma constante de proporcionalidade chamada de viscosidade dinâmica do fluido.

Fluido para os quais não vale a relação estabelecida por Newton são chamados de fluidos não-newtonianos. Na natureza existe uma variedade de fluidos de comportamentos exóticos e que se enquadram nessa categoria. Os fluidos não-newtonianos podem apresentar comportamentos opostos. Enquanto alguns se apresentam como “sólidos” quando sujeitos a uma tensão de cisalhamento, outros se tornam bastante “líquidos” em condições semelhantes.

Confira abaixo algumas categorias de fluidos não-newtonianos:

- Fluidos dilatantes: esses fluidos aumentam a viscosidade quando a tensão de cisalhamento aumenta. Quando você agita o fluido ele passa a apresentar comportamento semelhante aos sólidos. São exemplos comuns: mistura água-amido, mistura água-areia (areia movediça) e fluidos de coletes à prova de balas.

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-ensino/fazendo-areia-movedica.htm

- Fluidos pseudoplásticos: são conhecidos por apresentarem menor viscosidade quando a tensão de cisalhamento sofre aumento. Quando você agita o fluido ele se torna mais "líquido". Os pseudoplásticos são os exemplos mais comuns de fluidos não-newtonianos e nesse grupo enquadram-se as colas, pomadas, cremes, gomas, tinta látex, a polpa de papel em água e o ketchup.

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why-ketchup-so-hard-pour

- Plásticos de Bingham: se comportam ora como sólidos ora como fluidos. Existe uma tensão de cisalhamento limítrofe. Quando a tensão aplicada está abaixo dessa tensão limite, o “fluido” se comporta como sólido e não exibe deformação. Se a tensão limítrofe for ultrapassada, o “fluido” exibe deformação linearmente proporcional à tensão de cisalhamento, como se fosse um fluido newtoniano. São exemplos de plásticos de Bingham: o creme dental, a maionese, a suspensão de argila e a lama de perfuração (utilizada em poços de petróleo).

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- Fluidos tixotrópicos: sofrem redução da viscosidade aparente com o tempo, sob uma tensão de cisalhamento constante. Exemplos: fluido sinovial (líquido das articulações) e suspensões de partículas de PVC (tintas plastisol).

Plastisol. Imagem: http://silktecnico.blogspot.com.br/
2013/05/os-produtos-classificados-como.html

- Fluidos reopéticos: sofrem acréscimo da viscosidade aparente com o passar do tempo, quando sujeitos a uma tensão de cisalhamento constante. Exemplo: gesso e algumas tintas.

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listings/centro-sul-gesso/

- Fluidos viscoelásticos: quando a tensão de cisalhamento é cessada, retornam parcialmente à forma original. Existem alguns travesseiros espaciais da NASA que são feitos de material viscoelástico.

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Achou interessante os fluidos não-newtonianos? Agora quando você for comer um cachorro-quente não se esqueça de pedir um fluido pseudoplástico e um plástico de Bingham para acompanhar o seu lanche (ketchup e maionese).  

Assista ao vídeo abaixo do Manual do Mundo mostrando o curioso comportamento da mistura de água + amido. A impressão que temos é que o líquido se torna um sólido quando uma força é aplicada sobre sua superfície. Você se recorda qual a categoria de fluido não-newtoniano que exibe esse comportamento? 

Referências bibliográficas:

FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 6ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H. Fundamentos de Mecânica dos Fluidos. 4ª Ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2004.

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https://www.youtube.com/watch?v=ZCGwatTa8r8