Fluidi newtoniani
Sappiamo tutti che mescolando dell’acqua con un cucchiaino, questa non cambierà la sua resistenza a seconda della velocità con cui girate. Che mescoliate piano o con più vigore la resistenza che incontrate sarà sempre la stessa.
Fluidi di questo tipo sono detti newtoniani e li possiamo osservare nella vita di tutti i giorni: ne è un esempio l’olio, ma anche l’aria che respiriamo. Il loro grado di viscosità segue una costante, cioè che non varia con la velocità con cui si misura. Dipende unicamente dalla temperatura e dalla pressione alle quali sono sottoposti (oltre, ovviamente, alla loro composizione chimica), mentre la forza che li colpisce è ininfluente.
Fluidi non newtoniani
Esistono però fluidi che si comportano diversamente. A seconda della forza applicata la loro resistenza aumenta o diminuisce. Prendendo l’esempio di prima, se al posto dell’acqua mettiamo un fluido di questo genere, più velocemente ruotiamo il cucchiaino e più ci sarà difficile mescolare, fino ad arrivare a un punto in cui ci sarà addirittura impossibile mescolare. L’aspetto più affascinante è che, una volta smesso di mescolare, il fluido ritorna al suo stato originario (liquido).
Questi fluidi sono detti non newtoniani.
Qualche esempio? Nell’industria farmaceutica vengono usati per preparare unguenti ed emulsioni. Anche il nostro sangue può essere considerato un fluido di tipo non newtoniano. Ma se per curiosità intendete provare di persona l’effetto di un fluido non newtoniano, con una semplice combinazione di ingredienti da cucina e una spesa di un euro potete creare una sostanza che si comporta allo stesso modo.
Esperimento: creare in casa un fluido non newtoniano
Procuratevi dell’amido di mais o di fecola di patate, versatela in una bacinella e aggiungete dell’acqua. La proporzione deve essere di 1 kg ogni 1,25 kg di amido. Se per esempio usate 250 g di amido, vi occorrerà circa 200 g di acqua. Una volta aggiunta l’acqua, mescolate lentamente fino a creare una poltiglia simile alla pasta per torta.
Se la soluzione è stata preparata correttamente, potete adesso dare il via al vostro esperimento. Provate innanzitutto a immergere lentamente un dito nel composto: affonderà come se fosse un liquido qualsiasi. Immergete poi il dito con una forza maggiore ed ecco la sorpresa: il liquido si indurisce all’istante al momento dell’impatto. L’effetto sarà più evidente se cercate di colpirlo con un pugno o, ancora, se ne prendete una parte tra le mani e lo sfregate fino a creare una pallina. Non appena smettete di sfregare, il fluido ritornerà liquido e vi cadrà dalle mani.
Trattandosi di una sospensione, il fluido perderà le sue proprietà nell’arco di qualche ora e l’amido si depositerà sul fondo. Basterà comunque mescolare ancora per riottenere lo stesso effetto.
Su larga scala, i fluidi non newtoniani possono creare effetti stupefacenti. Pensate per esempio di riempire una piscina con una quantità proporzionata di amido. Se qualcuno vi camminasse sopra velocemente, rimarrebbe sospeso sulla superficie e potrebbe raggiungere l’altra sponda della piscina come se stesse attraversando una solida strada. Questo comportamento (il fatto di diventare solido all’impatto violento) è chiamato non tissotropico.
Un video di esempio
Usi commerciali e militari
Il suo uso non si limita al divertimento, perché come qualsiasi legge fisica può trovare un impiego in ambito commerciale e, soprattutto, militare.
In un articolo del Telegraph del 27 febbraio 2009 è scritto che il Ministero della Difesa britannico ha finanziato un’azienda affinché costruisse dei giubbotti capaci di irrigidirsi in caso di impatto violento, diventando impenetrabili. La loro rapidità di trasformazione è tale che nemmeno un proiettile riuscirebbe a oltrepassarli: al contatto si solidificherebbe creando una barriera durissima.
Ma i fluidi non newtoniani trovano applicazione anche in campo civile. Vi è mai capitato di perdere la presa sul cellulare e di farlo cadere a terra, rischiando di mandarlo in pezzi? Se fosse tenuto in una custodia contenente il fluido adatto, l’impatto la renderebbe resistente e offrirebbe un cuscinetto di protezione.
