In unserem täglichen Leben begegnen uns viele verschiedene Arten von Flüssigkeiten, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Eine wichtige Klassifizierung von Flüssigkeiten basiert auf ihrem Fließverhalten und der Art, wie sie auf äußere Kräfte reagieren. Hierbei wird unterschieden zwischen newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten. Aber was genau bedeutet das und welche Auswirkungen hat diese Unterscheidung auf die Anwendungen und das Verhalten dieser Flüssigkeiten? In diesem Artikel werden wir den Unterschied zwischen newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten erörtern und einige Beispiele für ihre Anwendung im Alltag geben.
Was ist eine newtonsche Flüssigkeit?
Eine newtonsche Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass ihr Fließverhalten allein von den auf sie wirkenden Kräften und der Temperatur abhängt. Das bedeutet, dass die Viskosität (Zähigkeit) dieser Flüssigkeiten konstant bleibt, solange die Temperatur konstant ist. Das Fließverhalten folgt dabei dem Newton’schen Gesetz der Viskosität, welches besagt, dass die Schubspannung (die Kraft, die das Fließen der Flüssigkeit verursacht) proportional zur Geschwindigkeit des Fließens ist. Beispiele für newtonsche Flüssigkeiten sind Wasser, Benzin und Luftsauerstoff.
Was ist eine nicht-newtonsche Flüssigkeit?
Im Gegensatz dazu weisen nicht-newtonsche Flüssigkeiten ein Fließverhalten auf, das nicht nur von den auf sie wirkenden Kräften und der Temperatur abhängt, sondern auch von der Schergeschwindigkeit und der Fließzeit. Das bedeutet, dass ihre Viskosität nicht konstant ist und sich je nach Beanspruchung ändern kann. Nicht-newtonsche Flüssigkeiten lassen sich in scherverdünnende (z.B. Farben, Blut oder Polymerlösungen) und scherverdickende Flüssigkeiten (z.B. Stärke-Wasser-Gemische, Ketchup oder Quicksand) unterteilen. Ihre Reaktion auf Schubspannung kann entweder durch eine Zunahme oder Abnahme der Viskosität gekennzeichnet sein.
Beispiele für nicht-newtonsche Flüssigkeiten im Alltag
Ein bekanntes Beispiel für eine nicht-newtonsche Flüssigkeit ist Oobleck, ein Gemisch aus Wasser und Maisstärke. Wenn man darauf schnell Druck ausübt oder schlägt, verhält es sich wie ein fester Körper, während es unter langsamer Beanspruchung flüssig bleibt. Ein weiteres Beispiel ist Ketchup, das unter Druck flüssiger und leichter aus der Flasche fließt.
Vergleichstabelle: Newtonsche und nicht-newtonsche Flüssigkeiten
| Newton’sche Flüssigkeiten | Nicht-Newton’sche Flüssigkeiten | |
|---|---|---|
| Fließverhalten | abhängig von Temperatur und auf die Flüssigkeit wirkenden Kräften | abhängig von Temperatur, auf die Flüssigkeit wirkenden Kräften sowie Schergeschwindigkeit und Fließzeit |
| Viskosität | konstant | veränderlich |
| Gesetz der Viskosität | Newton’sches Gesetz der Viskosität | abweichend vom Newton’schen Gesetz der Viskosität |
| Beispiele | Wasser, Benzin, Luftsauerstoff | Oobleck, Ketchup, Farben, Blut |
Zusammenfassend können wir sagen, dass der Hauptunterschied zwischen newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten in ihrem Fließverhalten und ihrer Viskosität besteht. Während newtonsche Flüssigkeiten konstante Viskositäten aufweisen, die ihrem Fließverhalten entsprechen, zeigen nicht-newtonsche Flüssigkeiten komplexe Fließeigenschaften, die von verschiedenen Faktoren abhängen.