ראולוגיה

ראולוגיה הוא חקר הזרימה הפלסטית והאלסטית, והעיוותים הנוצרים במבנה המרחבי של חומר במצב שבו מופעלים עליו כוחות ולחצים. ענף זה מתמקד בעיקר בנוזלים אך גם ב"מוצקים רכים" וחומרים בעלי מבנה מולקולרי סבוך כגון בוץ, צואה, תרחיפים, פולימרים, מעצבי זכוכית (כגון סיליקטים), נוזלי גוף (כגון דם) ושאר חומרים ביולוגיים. קיים קושי להגדיר זרימת חומרים מעין אלו באמצעות מאפיין יחיד, כמו צמיגות או אלסטיות (בטמפרטורה קבועה) ולכן תחום זה מנסה לתת מענה המבוסס על השפעות וגורמים נוספים.

רקע

השם
המונח נטבע בשנת 1920 על ידי פרופסור לכימיה בשם יוג'ין בינגהאם, ועל ידי עמיתו (הציוני, ולימים ישראלי) פרופסור מרכוס ריינר. נטען כי למינוח היו שתי השפעות. אחת היא מהפתגם של הפילוסוף היווני סימפליסיוס, אחד מאחרוני הנאופלאטונים, שטען כי ("הכל זורם"). על כן הדמיון למילה היוונית לזרימה (ῥοή – נקראת כ-Rei) בחלקה הראשון של המילה. השערה נוספת היא בהשוואת השם לאלה היוונית ריאה.

הגדרה
הראולוגיה מטפלת בהרחבת תחומים (דיסציפלינות) קלאסיים כגון אלסטיות ומכניקת נוזלים (ניוטונים ולא ניוטונים) ובנושאים בהם "התנהגות מכנית", לא ניתנת להסבר באמצעות תאוריות קלאסיות. על כן, ענף זה נוגע גם בניסיון ליצור תחזיות להתנהגויות מכניות מסוימות (כחלק מהסקאלה של מכניקת הרצף) המבוססות על ננו-מבנים של חומרים. למשל המבנה המולקולרי של פולימרים בתמיסה, או תפוצת חלקיקים בתוך תרחיף מוצק. כאשר חומר נתון ללחץ או למאמץ (הנדסה) פועל עליו כוח ביחס לשטח נתון. ישנם סוגים שונים של מאמצים (גזירה, פיתול, כפיפה וכיוצא באלו) היכולים לפעול על חומר, והוא עשוי להגיב בהתאם במספר דרכים. חלק נרחב מהתאוריה הריאולוגית עוסקת בחקר כוחות הפועלים בתוך החומר, ובכוחות ובלחצים חיצוניים המופעלים עליו וגורמים לשינויים ועיוותים. היבטים נוספים בוחנים את הקשר בין זרימה או עיוות של חומר ומבנהו המרחבי (שינויים מרחביים של מולקולות פולימריות). אפיון חומרים בצורה ניסויית, כדי לקבוע את תכונותיהן הריאולוגיות נקרא ראומטריה.

יישומים
לראולוגיה יישומים רבים בהנדסת חומרים, פיזיולוגיה, ביולוגיה של גוף האדם וברוקחות. בהנדסת חומרים נעשה שימוש ניכר בעקרונות ראולוגיים לצורכי ייצור של חומרים כגון; בטון, צבע ושוקולד, להם מאפייני זרימה מורכבים. למשל, קטשופ עשוי להיעשות פחות צמיגי לאחר שיעבור ניעור (או כל זעזוע מכני אחר), בעוד שמים לא יושפעו. לאחר שניוטון טבע את המונח צמיגות, חקר של נוזלים בעלי צמיגות משתנה ייקרא לעיתים קרובות נוזל לא-ניוטוני.

ראולוגיה משמשת בתחומים רבים של גאולוגיה: בגאופיזיקה ובגאולוגיה הנדסית – לקביעת תכונותיהם של סלעים ושכבות בהם חל מעוות, ובגאולוגיה מבנית – להבנת התהליכים בעקבותיהם נוצרו מבנים גאולוגיים דוגמת קמטים, העתקים וסדקים.

שימושים בתעשייה
תאוריית הפלסטיות חשובה באותה מידה בתהליכי עיצוב וייצור מתכות. מדע הראולוגיה ואפיון תכונות הצמיגות והגמישות (Viscoelasticity) של החומר מופיעים תכופות הן בתהליכי ייצור של פולימרים שונים בשימוש התעשייה והן בסקטורים צבאיים רבים. אפיון תכונות הזרימה של נוזל חשוב למשל עבור רוקחים וכימאים בקביעתם את מינוני התרופות והרכבם הכימי. לדוגמה: משחות, קרמים, סירופים וכדומה, יידרשו להיבחן בקפידה לקביעת מידות הצמיגות. מאפייני זרימה משמשים כלי חשוב בבקרת איכות על מנת להבטיח איכות מוצר גבוהה ולהפחית פגמים סדרתיים.

ראו גם
 מספר ריינולדס
 מספר דבורה
 נוזל
 מוצק
 ננופלואידיקה

קישורים חיצוניים

 The Origins of Rheology: A short historical excursion by Deepak Doraiswamy, University of Sidney
 British Society of Rheology
 Australian Society of Rheology

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
כימיה
הנדסת חומרים
גאופיזיקה
גאולוגיה מבנית