流体力学
ニュートン流体：定義と粘性法則
ニュートン流体の定義、ニュートンの粘性法則、および非ニュートン流体との違いについて解説します。
📌 主なポイント
- ✓ニュートン流体は、ニュートンの粘性法則に厳密に従う流体である。
- ✓粘性率（粘度）がせん断速度に依存せず、一定であることが最大の特徴である。
- ✓ニュートンの粘性法則に従わない流体は、非ニュートン流体と呼ばれる。
ニュートン流体（英: Newtonian fluid）とは、アイザック・ニュートンが提唱した「ニュートンの粘性法則」に厳密に従う流体のことを指します。この流体において、粘性率（粘度）はせん断速度（ずり速度）に依存せず、常に一定の値をとるという特徴があります。
ニュートンの粘性法則
流体が流れる際、内部の摩擦によって抵抗力が生じます。この抵抗力をせん断応力（接線応力）と呼びます。ニュートンの粘性法則によれば、このせん断応力は流体の速度勾配（せん断速度）に比例します。
流体の粘性率をμ（Pa·s）、せん断速度をdu/dy（1/s）とすると、せん断応力τ（Pa）は以下の式で表されます。
より一般的なテンソル表示では、圧力テンソルτとひずみテンソルSijを用いて以下のように記述されます。
非ニュートン流体との違い
ニュートンの粘性法則に従わない流体は非ニュートン流体と総称されます。これには、せん断速度によって粘度が変化する擬塑性流体やダイラタント流体、あるいは一定の降伏応力を超えるまで流動しないビンガム流体などが含まれます。ニュートン流体は、これらとは異なり、どのようなせん断速度下でも粘性率が一定であるという単純な性質を持っています。
よくある質問
ニュートン流体とは何ですか？
せん断応力がせん断速度に比例し、粘性率が常に一定である流体のことです。
非ニュートン流体との違いは何ですか？
非ニュートン流体はせん断速度によって粘度が変化したり、流動に特定の条件が必要だったりしますが、ニュートン流体は粘度が一定である点が異なります。
粘性率とは何ですか？
流体の流れにくさを示す指標であり、ニュートン流体においてはせん断応力とせん断速度の比として定義されます。
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参考文献
城塚正、平田彰、村上昭彦『移動速度論』オーム社、1966年、175頁。