Branca della fisica che ha come scopo la descrizione, la spiegazione, la misura e lo studio dei fenomeni meccanici che avvengono nei materiali quando questi vengono deformati.
In questo senso, la reologia studia la deformazione e il flusso dei materiali.
Obiettivo primario di uno studio reologico di un materiale è quindi la ricerca di una relazione che ne definisca il comportamento meccanico.
Essa viene usualmente indicata con il nome di equazione costitutiva o anche equazione reologica di stato del materiale considerato e lega tra loro le grandezze dinamiche (sforzo) a quelle cinematiche (deformazione).
E’ possibile classificare la natura di un materiale (liquido, semisolido o solido) in base alla sua risposta a seguito di una sollecitazione esterna. Il materiale può scorrere, deformarsi parzialmente o non deformarsi.
Al termine della sollecitazione esterna possono verificarsi tre risposte da parte del materiale in oggetto:
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- Una deformazione continua, infinita, non più recuperabile: il materiale scorre (liquido)
- Una deformazione che permane totalmente o parzialmente al cessare della sollecitazione: materiali plastici o viscoelastici
- Una deformazione che viene totalmente recuperata al termine della sollecitazione: materiali elastici.
Deformazione di un solido:
Un solido sottoposto ad una forza F esterna tangenziale alla sua superficie A, subisce una deformazione γ proporzionale allo sforzo applicato.
Si definisce sforzo di taglio τ la forza per unità di superficie:
I solidi reali, sotto l’effetto di una sollecitazione τ, subiscono una deformazione g che sono legate tra loro attraverso la seguente relazione (legge di Hooke)
Deformazione di un liquido:
Consideriamo un elemento infinitesimo di fluido e applichiamo una forza F tangenziale alla sua superficie.
In questo caso la sollecitazione applicata produce una deformazione variabile nel tempo, ossia produce scorrimento.
Possiamo immaginare l’elemento di fluido come un mazzo di carte: la carta che sta in cima al mazzo si muove alla massima velocità, mentre quella che sta in fondo al mazzo, appoggiata al piano, è ferma.
Avremo quindi una distribuzione o variazione di velocità lungo l’asse verticale y (lo spessore del mazzo), ovvero avremo un gradiente di velocità.
Parleremo quindi di flusso laminare in cui strati infinitesimi di fluido scorrono gli uni sugli altri.
Definiamo quindi gradiente di velocità:
Esiste una proporzionalità lineare tra lo sforzo applicato e il gradiente di velocità a cui è sottoposto l’elemento di fluido:
Dove η è la viscosità del liquido ovvero la sua resistenza al flusso.
La viscosità così definita si definisce dinamica.
