Reologia - Polski Serwis Naukowy

Reologia (od gr. rhéos płynący) – dział mechaniki ośrodków ciągłych zajmujący się plastycznymi deformacjami (odkształceniami) oraz płynięciem materiałów. Termin reologia został zaproponowany przez Eugene'a Binghama w 1920 r. pod wpływem sugestii Markusa Reinera, zainspirowanej przez słynne stwierdzenie Heraklita "panta rhei", czyli "wszystko płynie".

Plastyczność - pojęcie z zakresu badań materiałowych i fizyki ciała stałego - właściwość fizyczna materiałów - zdolność do ulegania nieodwracalnym odkształceniom (odkształcenie plastyczne) pod wpływem sił zewnętrznych działających na ten materiał. Nieodwracalne odkształcenia powstają na skutek działania na ciała stałe naprężeń mechanicznych, przekraczających zakres, w którym jest ono zdolne do odkształceń sprężystych i jednocześnie na tyle małe, że nie powodują zniszczenia ciągłości jego struktury. Naprężenie przy którym rozpoczyna się proces plastyczny nazywane jest granicą plastyczności. Dla złożonego stanu naprężenia niezbędne jest kryterium uplastycznienia

Język grecki albo greka — język indoeuropejski z grupy helleńskiej, w starożytności ważny język basenu Morza Śródziemnego. W cywilizacji Zachodu zaadaptowany obok łaciny jako język terminologii naukowej, wywarł wpływ na wszystkie współczesne języki europejskie, a także część pozaeuropejskich i starożytnych. Od X wieku p.n.e. zapisywany jest alfabetem greckim. Obecnie, jako język nowogrecki, pełni funkcję języka urzędowego w Grecji i Cyprze. Jest też jednym z języków oficjalnych Unii Europejskiej. Po grecku mówi współcześnie około 15 milionów ludzi.

Reologia opisuje ten aspekt zachowania się ciał stałych, w którym upodobniają się one do lepkiej cieczy. Łyżeczka wstawiona do słoika gęstego miodu zatonie po upływie kilkunastu minut. Istnieją substancje, które przypominają smołę o tak wielkiej lepkości, że tonięcie łyżeczki zajęłoby miesiące lub lata. Reologia pozwala w sposób ciągły opisywać zachowanie ciał, które wykazują cechy zarówno ciała stałego jak i cieczy.

Tiksotropia (pamięć cieczy) - własność niektórych rodzajów płynów, w których występuje zależność lepkości od czasu działania sił ścinających, które na ten płyn działały. Na przykład niektóre płyny tiksotropowe mogą stać się przez pewien czas mniej lepkie, gdy podda się je intensywnemu mieszaniu. Płyny takie po pewnym czasie (spoczynku) od momentu mieszania ponownie "zastygają", tzn. zwiększają swoją lepkość do normalnej wartości. Możliwe jest jednak także odwrotne zjawisko, tzn. płynem tiksotropowym jest także taka substancja, która czasowo zwiększa swoją lepkość na skutek mieszania. Tiksotropia jest więc procesem odwracalnym; do zniszczenia struktury tiksotropowej płynu wymagane jest dostarczenie energii.

Polimery (gr. polymeres - wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) – substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.

Reologia łączy ze sobą teorię plastyczności - czyli mechanikę ciał plastycznych i mechanikę płynów nienewtonowskich. Zajmuje się zagadnieniami związanymi z odkształceniami i płynięciem rzeczywistych, spotykanych w praktyce materiałów – od stopów metali po rozrzedzone ciecze – takie jak np. piana. Poniższa tabelka pokazuje relację między innym działami mechaniki a reologią:

Smoła, smoła surowa – jeden z produktów odgazowania węgla, łupków bitumicznych lub drewna, rzadko torfu. Składa się głównie z mieszaniny wielu rodzajów węglowodorów oraz innych związków organicznych, zawierających tlen, azot i siarkę, ponadto niektóre rodzaje smoły mogą zawierać pewną ilość grafitu i fulerenów.

Płyn fizjologiczny (płyn wieloelektrolitowy, PWE) – wodny roztwór izotoniczny, używany w medycynie jako środek nawadniający i suplementujący niedobór elektrolitów.

Reologia zajmuje się takimi ciałami jednorodnymi lub niejednorodnymi jak: pasty, breje, szlamy, pulpy, emulsje, zawiesiny ziarniste i włókniste, mieszanka betonowa, młody beton i inne masy ceramiczne, kremy, farby, kleje, lakiery, żywice, smoły, kity, grunty ziemne, skały, nieskonsolidowane osady geologiczne, ciekłe kryształy, tworzywa sztuczne, roztwory polimerów, płyny fizjologiczne (jak krew), metale w podwyższonej temperaturze, piany czy substancje sypkie o pewnych cechach cieczy.

Lepkość (tarcie wewnętrzne) - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).

Stan skupienia materii – podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

Jednym z najważniejszych zagadnień w reologii jest empiryczne ustalanie związków konstytutywnych, czyli zależności między naprężeniem mechanicznym i wywołanym przez to naprężenie odkształceniem jako funkcji czasu. Techniki umożliwiające tego rodzaju pomiary są ogólnie nazywane reometrią. Uzyskane w eksperymentalny sposób zależności są następnie uogólniane w formie klasyfikacji reologicznej materiałów i związanymi z nią modelami matematycznymi, których podstawą są czasami modele zachowań cząsteczek w tego rodzaju materiałach.

Ciekłe kryształy – nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma miejsce w kryształach.

Hemoreologia - gałąź reologii, badająca zjawiska przepływu krwi jako cieczy lepkiej, ze szczególnym uwzględnieniem interakcji między elementami samej krwi (komórki, składniki osocza) a ścianami naczyń.

W szczególności reologia zajmuje się takimi zagadnieniami jak:

zmiennymi relacjami między naprężeniem i odkształceniem jako funkcją czasu

zmienną lepkością

odrywaniem i mieszaniem się cząstek substancji poddawanych naprężeniom

układaniu się substancji względem podłoża lub naczynia

prędkością tłoczenia substancji

formowaniem jej powierzchni.

Reologia ma największe znaczenie w naukach inżynieryjnych oraz w pewnym stopniu również biomedycznych, np. hemoreologia zajmuje się reologią krwi i innych cieczy ustrojowych człowieka.

Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".

Muł (szlam) – niezlityfikowana skała klastyczna, tworząca się w naturalnych zbiornikach wodnych, zbudowana z mieszaniny pyłu i iłu o różnym składzie mineralnym (ziarna o średnicy od 0,01 do 0,1 milimetra) z dodatkiem substancji organicznych. Muł zlityfikowany nosi nazwę mułowca, gdy zaś diageneza doprowadzi do powstania oddzielności łupkowej, mówimy o łupku mulastym.

Zasadnicze postulaty reologii (Axioms of Rheology)

wprowadzone przez Reinera:

Każde ciało, nie posiadające wewnątrz porów lub próżni, zachowuje się pod obciążeniem izotropowym jako ciało idealnie sprężyste.
Każdy rzeczywisty materiał posiada wszystkie bez wyjątku właściwości reologiczne, aczkolwiek w różnym stopniu.
Równanie reologiczne ciała prostszego można uzyskać z równania reologicznego ciała bardziej złożonego przez przyrównanie do zera działania odpowiednich parametrów ciała złożonego.

Zobacz też

stan skupienia materii

tiksotropia

pełzanie

Linki zewnętrzne

Czasopisma naukowe zajmujące się reologią

Applied Rheology

Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics

Journal of Rheology

Korea-Australia Rheology Journal

Rheologica Acta