رحلة في عالم اللزوجة: تعرف على 7 أنواع للسوائل وسلوكها

اللزوجة ليست مجرد خاصية فيزيائية، بل مفتاح لفهم سلوك السوائل في الصناعة والطبيعة. في هذا الدليل، ندمج التصنيفات العلمية مع أمثلة واقعية وصور توضيحية.

ما هي اللزوجة؟

اللزوجة هي مقياس لمقدار مقاومة السائل للتحريك أو الجريان أو الانسياب.
بمعنى آخر، هي “سماكة” السائل — فكلما زادت اللزوجة، كان السائل أثقل وأبطأ في الحركة (مثل العسل)، وكلما قلت، كان أخف وأسهل في السيلان (مثل الماء).

اللزوجة الديناميكية هي مقياس لمقدار القوة التي يحتاجها السائل ليبدأ في التحرك أو للانزلاق بين طبقاته.
ببساطة أكثر: هي القوة المطلوبة لتحريك طبقة من السائل فوق طبقة أخرى. ووحدة القياس الخاصبة بها هي بواز أو بـ باسكال × ثانية

كلما كانت اللزوجة الديناميكية عالية، احتاج السائل إلى قوة أكبر ليتحرك (مثل العسل)،
وإذا كانت منخفضة، يتحرك بسهولة أكبر (مثل الماء).

اللزوجة الحركية هي مقياس لمقاومة تدفق السائل تحت تأثير الجاذبية الأرضية ووحدة القياس الخاصة بها هي ستوكس أو متر مربع / ثانية

تحسب اللزوجة الحركية من اللزوجة الديناميكية من العلاقة

اللزوجة الحركية = اللزوجة الديناميكية ÷ كثافة السائل

تعريف معدل القص

تتعلق اللزوجة كثير بمعدل القص فما هو معدل القص

معدل القص هو المعدل الذي تنزح به طبقات السائل بالنسبة لبعضها البعض عند الحركة، أو بعبارة أخرى السرعة النسبية بين هذه الطبقات مقسومة على المسافة الفاصلة بينها

1- السوائل النيوتونية (Newtonian Fluids)

الوصف: لزوجة ثابتة لا تتغير مع معدل القص. وتنقسم إلى

• لزوجة منخفضة: ماء، كحول، أسيتون.
• لزوجة متوسطة: زيت نباتي، زيت محرك خفيف.
• لزوجة عالية: جلسرين، شراب الذرة.

جميع الأنواع الأخرى للسوائل الواردة لاحقاً هي السوائل غير النيوتونية: Non-Newtonian Fluids

2- الجيل أو السوائل الكاذبة اللدنة  (Pseudoplastic/Shear-Thinning)

الوصف: تنخفض اللزوجة مباشرة عند التحريك

الأمثلة:

• الكاتشب (يتدفق عند الرج).
• الألوفيرا الطبيعية غير المضاف إليها مواد مثبتة
• الدم (يصبح أقل لزوجة أثناء الدورة الدموية).
• طلاء الأظافر،
• الدهانات اللاتكسية.
• الجيل السيلكيوني

3- السوائل التي تتميع بالتحريك الثيكسوتروبية (Thixotropic)

الوصف: تقل لزوجتها تدريجيًا عند التحريك وتعود عند التوقف.

الأمثلة:

• جيل الشعر
• الألوفيرا المضاف إليها صمغ الكازنتان
• اللبن الرائب (يصبح سائلًا عند التحريك).
• الدهانات (تنخفضل اللزوجة عن تحريك الفرشاة).
• السائل الزلالي في المفاصل (يقلل الاحتكاك أثناء الحركة).
• الأدوية الهلامية.
• الأحبار المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

4- السوائل المتوسعة (Dilatant/Shear-Thickening)

الوصف: تزداد اللزوجة مباشرة عند التعرض للضغط (مثل تصلب الجسيمات تحت الصدمات).

الأمثلة:

• خليط النشا والماء (Oobleck).
• الرمال المتحركة، الملاط الصناعي.
• دروع واقية: تتصلب عند الاصطدام (تُستخدم في السترات المضادة للرصاص).
• وحدات امتصاص الاهتزازات: في أحذية الرياضة أو أنظمة ثبات السيارات.

الصورة:

5- السوائل الريوبكتيكية (Rheopectic/Anti-Thixotropic)

الوصف: تزداد لزوجتها بمرور الوقت عند التحريك.

الأمثلة:

• أحبار الطابعات (تزداد سمكًا أثناء التشغيل).
• عجينة الجبس، مواد تشحيم متخصصة.
• الطلاءات الواقية: تُطبق بسهولة ثم تتصلب مع الوقت.

6- سوائل بينغهام البلاستيكية (Bingham Plastic)

الوصف: تتصرف كمواد صلبة حتى يتم يجاوز الضغط النسبي مقدار محدداً يسمى ضغط الخضوع (Yield Stress).

الأمثلة:

• معجون الأسنان (يبقى في الأنبوب حتى يُعصر).
• المايونيز، طين الحفر.
• في البناء مواد التحكم في تدفق الخرسانة أو الأسمنت.
• في مستحضرات التجميل: الكريمات.

7- السوائل المرنة اللزجة (Viscoelastic Fluids)

الوصف: اللزوجة المرنة هي خاصية المواد التي تُظهر خصائص اللزوجة والمرونة معًا عند تحريكها أو سكبها.
المواد اللزجة، مثل الماء، تقاوم التحريك والسكب عند الضغط. أما المواد المرنة فتنفعل عند تطبيق ضغط عليها وتعود إلى حالتها الأصلية بمجرد زوال الضغط.

تتميز المواد اللزجة المرنة بعناصر من هاتين الخاصيتين، وبالتالي، عند سكبها لا تسيل على نحو مستمر بل تُظهر نوعاً من الالتصاق بعضها عند الحركة

تتميز السوائل المرنة اللزجة بعدة مظاهر منها الارتداد المرن (Recoil) وابتلاع القطرات (Gobbling Drops)

يمكن للسوائل اللزجة المرنة أن تتمتع بصفة أخرى للزوجة من صفات السوائل غير النيوتنية

الأمثلة:

• المخاط: يحمي الجهاز التنفسي من الجسيمات العالقة.
• الصمغ والمواد اللاصقة.
• محاليل المنظفات الحاوية على نسبة عالية من البوليميرات السيليوزية مع نسبة عالية من الملح.
• محلول الصابون الصلب في الماء
• الجبن الساخن الذي يظهر امتطاط عند التسخين.

الخاتمة:

تُعد معرفة سلوك السوائل تحت تأثير معدل القص من الجوانب الأساسية في العديد من الصناعات مثل الأغذية، التجميل، الأدوية، وحتى الطباعة ثلاثية الأبعاد. من خلال فهم الفرق بين السوائل النيوتونية وغير النيوتونية، يمكن تحسين تصميم المنتجات وضمان كفاءتها في الاستخدام العملي. سواء كانت المادة سائلة تنساب بسهولة أو تتحول إلى صلبة عند الضغط، فإن كل نوع من هذه السوائل يحمل خصائص فريدة تتطلب دراسة دقيقة لتطبيقها بشكل فعال.