Fluido

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Impatto di una goccia d'acqua su una superficie liquida.

Si definisce fluido una sostanza che si deforma illimitatamente (fluisce) se sottoposta a uno sforzo di taglio, indipendentemente dall'entità di quest'ultimo; è un particolare stato della materia che comprende i liquidi, i gas, il plasma e, in taluni casi, i solidi plastici.

Le sostanze liquide si differenziano da quelle gassose per il fatto che formano una superficie libera (non creata dal contenitore in cui si trova il liquido), cosa che non accade nei gas. La definizione dei solidi plastici come fluidi non è così semplice; si può considerare a questo proposito la viscosità del materiale.

Comunemente si usa distinguere i fluidi dai solidi per il fatto che questi ultimi hanno una forma propria. Nei solidi gli sforzi che si generano in conseguenza di una deformazione sono funzione della deformazione stessa; nei fluidi invece gli sforzi sono proporzionali alla velocità di deformazione. Il comportamento fluido è caratterizzato dalla viscosità mentre quello solido dal modulo di elasticità (o di Young). A livello molecolare questo significa che due particelle di fluido inizialmente contigue possono essere allontanate indefinitamente tra loro da una forza anche piccola e costante; cessata la causa deformante, le particelle non tendono a riavvicinarsi (ritorno elastico): ciò è dovuto alla diversa entità delle forze intermolecolari che agiscono all'interno di un solido e di un liquido.

Tale distinzione netta è in realtà un'approssimazione: la verità è che in tutte le sostanze reali gli sforzi sono funzione sia della deformazione che della velocità di deformazione. Il netto prevalere di un comportamento rispetto all'altro determina l'appartenenza all'una o all'altra categoria. Esistono anche sostanze per i quali entrambi i comportamenti coesistono e non è possibile trascurarne né l'uno né l'altro; si parla in questo caso di fluidi (o solidi) viscoelastici. La scienza che si occupa di studiare il legame costitutivo tra sforzi e deformazioni è detta reologia.

A seconda di come lo sforzo dipende dal tasso di deformazione del fluido, essi possono essere classificati come:

fluidi newtoniani: per i quali gli sforzi sono direttamente proporzionali alla velocità di deformazione;
fluidi non-newtoniani: dove lo sforzo non è direttamente proporzionale alla velocità di deformazione.

Il comportamento dei fluidi è descritto da una serie di equazioni a derivate parziali, basate sulle leggi di conservazione della massa, del momento angolare e lineare (equazioni di Navier-Stokes) e dell'energia.

Lo studio dei fluidi è detto fluidomeccanica, suddivisa in fluidodinamica e fluidostatica a seconda che il fluido studiato sia in moto o fermo.