Chất lưu

Chất lưu là chất có khả năng biến dạng liên tục khi bị tác dụng bởi ứng suất cắt. Mặc dù tất cả các chất khí đều thuộc loại chất lưu, nhưng không phải mọi chất lỏng đều là chất lưu. Chất lưu bao gồm các trạng thái vật chất như chất lỏng, chất khí, plasma, và đôi khi cả chất rắn đàn hồi.

Thông thường, khi nhắc đến 'chất lưu', người ta thường chỉ chất lỏng mà không đề cập đến chất khí. Ví dụ, chất lưu dùng trong hệ thống phanh, hay còn gọi là 'dầu thắng', là một loại dầu thủy lực và không có tác dụng nếu ở dạng khí.

Chất lỏng tạo ra một bề mặt tự do (không phụ thuộc vào hình dạng của vật chứa), trong khi chất khí không có bề mặt này. Sự phân biệt giữa chất rắn và chất lưu không hoàn toàn rõ ràng. Đánh giá độ nhớt của các chất giúp phân loại chúng. Silly Putty có thể hành xử như chất rắn hoặc chất lưu, tùy thuộc vào thời gian quan sát biến dạng của nó. Tuy nhiên, nó được coi là một chất lưu đàn nhớt. Một ví dụ thú vị về chất này là hắc ín, và các thí nghiệm về nó đang được nghiên cứu tại Đại học Queensland.

Vật lý

Chất lưu thể hiện các đặc tính sau:

• không chống lại biến dạng hoặc có khả năng chống lại rất nhỏ (độ nhớt), và
• có khả năng chảy (cũng như khả năng định hình theo hình dạng của vật chứa).

Những đặc tính này là một hàm đặc biệt của sự không kháng của chất lưu khi chịu ứng suất cắt trong trạng thái cân bằng tĩnh học.

Chất rắn có thể chịu ứng suất cắt và ứng suất thông thường, với cả tính nén và giãn. Ngược lại, chất lưu lý tưởng chỉ chịu được ứng suất thường, không chịu nén hay áp suất. Chất lưu thực sự có độ nhớt và có thể chảy khi chịu ứng suất cắt ở nhiều mức độ khác nhau.

Mô hình hóa

Trong chất rắn, ứng suất cắt phụ thuộc vào biến dạng, trong khi ở chất lưu, ứng suất cắt phụ thuộc vào tốc độ biến dạng. Một hệ quả của ứng xử này là định luật Pascal, mô tả ảnh hưởng của áp suất đối với trạng thái của chất lưu.

Dựa trên mối quan hệ giữa ứng suất cắt, tốc độ biến dạng và đạo hàm của nó, chất lưu có thể được phân loại như sau:

• Chất lưu Newton: ứng suất tỷ lệ trực tiếp với tốc độ biến dạng, và
• Chất lưu phi Newton: ứng suất tỷ lệ với tốc độ biến dạng, đạo hàm và hàm mũ của nó có giá trị cao hơn.

Hành vi của chất lưu có thể được mô tả bằng phương trình Navier-Stokes— một dạng phương trình vi phân riêng phần dựa trên:

• tính liên tục (bảo toàn khối lượng),
• bảo toàn động lượng,
• bảo toàn mômen động lượng,
• bảo toàn năng lượng.

Nghiên cứu chất lưu thuộc về lĩnh vực cơ học chất lưu, bao gồm cả động học và tĩnh học của chất lưu, tùy thuộc vào việc chất lưu có đang chuyển động hay không.

• Vật liệu