ترقق القص

في علم الريولوجيا ، يُعرف ترقق القص بأنه سلوك غير نيوتوني للسوائل التي تنخفض لزوجتها تحت تأثير إجهاد القص . ويُعتبر أحيانًا مرادفًا للسلوك شبه البلاستيكي ، ^{[ 1 ] [ 2 ]} ويُعرَّف عادةً بأنه يستثني التأثيرات المعتمدة على الزمن ، مثل الانسيابية المتغيرة مع الزمن . ^{[ 3 ]}

يُعدّ ترقق القصّ أكثر أنواع السلوك غير النيوتوني شيوعًا للسوائل، ويُلاحظ في العديد من التطبيقات الصناعية واليومية. ^{[ 4 ]} على الرغم من أن ترقق القصّ لا يُلاحظ عمومًا في السوائل النقية ذات الكتلة الجزيئية المنخفضة أو المحاليل المثالية للجزيئات الصغيرة مثل السكروز أو كلوريد الصوديوم ، إلا أنه يُلاحظ غالبًا في محاليل البوليمرات والبوليمرات المنصهرة، بالإضافة إلى السوائل والمعلقات المعقدة مثل الكاتشب ، والكريمة المخفوقة ، والدم ، ^{[ 5 ]} والطلاء ، وطلاء الأظافر .

على الرغم من أن السبب الدقيق لظاهرة ترقق اللزوجة بالقص غير مفهوم تمامًا، إلا أنه يُعتقد على نطاق واسع أنها ناتجة عن تغيرات هيكلية طفيفة داخل السائل، حيث تُعاد ترتيب الأشكال الهندسية على المستوى الميكروسكوبي داخل السائل لتسهيل القص . ^{[ 6 ]} في الأنظمة الغروية، يؤدي انفصال الطور أثناء التدفق إلى ترقق اللزوجة بالقص. أما في الأنظمة البوليمرية، مثل مصهورات البوليمر ومحاليلها، فيحدث ترقق اللزوجة بالقص نتيجة لفك تشابك سلاسل البوليمر أثناء التدفق. في حالة السكون، تكون البوليمرات ذات الوزن الجزيئي العالي متشابكة وعشوائية التوجيه. ولكن عند تعرضها للتحريك بمعدل عالٍ بما يكفي، تبدأ سلاسل البوليمر شديدة التباين هذه في فك تشابكها والاصطفاف على طول اتجاه قوة القص. ^{[ 7 ]} يؤدي هذا إلى تقليل التفاعل بين الجزيئات والجسيمات وزيادة المساحة الحرة، مما يقلل من اللزوجة. ^{[ 4 ]}

نموذج قانون القوة

عند معدلات القص العالية والمنخفضة جدًا، تكون لزوجة نظام البوليمر مستقلة عن معدل القص. عند معدلات القص العالية، تتفكك جزيئات البوليمر تمامًا، وتستقر قيمة لزوجة النظام عند η∞ _، أو ما يُعرف بثبات لزوجة القص اللانهائي. أما عند معدلات القص المنخفضة، فيكون القص منخفضًا جدًا بحيث لا يعيقه التشابك، وتكون قيمة لزوجة النظام η₀ _، أو ما يُعرف بلزوجة القص الصفري. تمثل قيمة η∞ أدنى لزوجة يمكن الوصول إليها _، وقد تكون أقل بكثير من η₀ _، وذلك تبعًا لدرجة ترقق القص.

يتم رسم اللزوجة مقابل معدل القص في شكل log(η) مقابل log(${\displaystyle {\dot {\gamma }}}$) رسم بياني، حيث المنطقة الخطية هي نظام ترقق القص ويمكن التعبير عنها باستخدام معادلة قانون القوة Ostwald و de Waele: ^{[ 8 ]}

${\displaystyle \tau =K(T)\left({d\gamma \over dt}\right)^{n}=K(T){\dot {\gamma }}^{n}}$

يمكن كتابة معادلة أوستوالد ودي وايل في شكل لوغاريتمي:

${\displaystyle \log(\tau )=\log(K)+n\log \left({\dot {\gamma }}\right)}$

تُعرَّف اللزوجة الظاهرية على النحو التالي :${\displaystyle \eta ={\tau \over {\dot {\gamma }}}}$ويمكن إدخال هذا في معادلة أوستوالد للحصول على معادلة ثانية لقانون القوة للزوجة الظاهرية:

${\displaystyle \eta =K(T){\dot {\gamma }}^{n-1}}$

يمكن استخدام هذا التعبير أيضًا لوصف سلوك التمدد (زيادة سمك القص)، حيث تكون قيمة n أكبر من 1.

يعتبر بعض الباحثين ظاهرة ترقق اللزوجة بالقص حالة خاصة من السلوك الانسيابي، لأن استعادة البنية المجهرية للسائل إلى حالتها الأولية تتطلب دائمًا فترة زمنية غير صفرية. مع ذلك، عندما تكون استعادة اللزوجة بعد الاضطراب سريعة جدًا، يُلاحظ سلوك ترقق اللزوجة الكلاسيكي أو اللدونة الزائفة، لأنه بمجرد زوال القص، تعود اللزوجة إلى طبيعتها. أما عندما تستغرق استعادة اللزوجة وقتًا قابلًا للقياس، فيُلاحظ السلوك الانسيابي. ^{[ 9 ]} عند وصف لزوجة السوائل، من المفيد التمييز بين سلوك ترقق اللزوجة بالقص (اللدونة الزائفة) والسلوك الانسيابي، حيث تنخفض اللزوجة عند جميع معدلات القص لفترة معينة بعد التحريك: غالبًا ما يمكن ملاحظة كلا التأثيرين بشكل منفصل في السائل نفسه. ^{[ 10 ]}

طلاء الجدران مادة شبه لدنة. ^{[ 11 ]} عند استخدام طلاء الجدران الحديث، يسمح القص الناتج عن الفرشاة أو الأسطوانة بتخفيفه وتوزيعه بالتساوي على السطح. بعد التطبيق، يستعيد الطلاء لزوجته العالية، مما يمنع التقطير والسيولة.

الكاتشب مادة ذات لزوجة متغيرة عند القص، فهي لزجة عندما تكون ساكنة، ولكنها تتدفق بسرعة عند تحريكها بالضغط أو الرج أو ضرب الزجاجة. ^{[ 11 ]}

تُعتبر الكريمة المخفوقة مادةً ذات لزوجة منخفضة عند القص. ^{[ 6 ]} فعند رشّها من عبوتها، تتدفق بسلاسة من الفوهة نظرًا لانخفاض لزوجتها عند معدل تدفق عالٍ. أما عند رشّها في ملعقة، فإنها لا تتدفق، بل تزداد لزوجتها مما يجعلها صلبة.

• السائل غير النيوتوني - نوع من السوائل 
• سائل ذو قانون قوة – نوع من السوائل النيوتونية المعممة 
• بلاستيك بينغهام - مادة صلبة عند الإجهاد المنخفض، ولكنها تصبح لزجة عند الإجهاد العالي 
• علم الريولوجيا – دراسة تدفق المادة، وخاصة في الحالة السائلة 
• تأثير كاي – خاصية من خصائص السوائل المعقدة 
• اللزوجة المتغيرة مع الزمن
• اللزوجة : كلما طالت مدة تعرض السائل لإجهاد القص، زادت لزوجته. سلوك زيادة اللزوجة مع مرور الوقت.
• الانسيابية : كلما طالت مدة تعرض السائل لإجهاد القص، انخفضت لزوجته. وهي ظاهرة ترقق اللزوجة مع مرور الوقت.
• زيادة سمك القص : مشابهة لظاهرة التمدد الشعاعي، ولكنها مستقلة عن مرور الوقت.
• عامل تكثيف
• مخفف الطلاء

• لغز الكاتشب العظيم