16-3뉴턴 유체와 비뉴턴 유체가 각각 어떤 성질을 가지는지 설명하고,… | 2016년 식품안전기사실기(필답형) 3회차 기출문제 상세 페이지

(1) 뉴턴 유체

· 성질 — 뉴턴의 점성법칙을 따라 전단응력이 전단속도에 정비례하며, 전단속도가 달라져도 점도가 일정하다

· 식품 — 물, 청량음료

(2) 비뉴턴 유체

· 성질 — 점성법칙을 따르지 않아 전단응력과 전단속도가 비례하지 않고, 가해지는 힘에 따라 겉보기 점도가 달라진다

· 식품 — 케첩, 마요네즈

[해설]

유체에 힘을 주어 흐르게 할 때 층과 층 사이에 걸리는 힘이 전단응력 $\tau$, 속도가 벌어지는 정도가 전단속도 $\dot{\gamma}$ 다. 뉴턴의 점성법칙은 이 둘을 다음과 같이 잇는다.

$\tau = \mu \dot{\gamma} = \mu \dfrac{du}{dy}$

여기서 비례상수 $\mu$ 가 점도다. 뉴턴 유체는 이 관계가 원점을 지나는 직선이어서, 세게 젓든 살살 젓든 점도가 그대로다. 물·알코올·묽은 용액·식용유·맑은 주스·우유·꿀 등 분산질이 작고 단순한 액체가 여기 속한다.

비뉴턴 유체는 그래프가 직선이 아니거나 원점을 지나지 않는다. 고분자·입자·유화 입자가 들어 있어 힘을 받으면 구조가 정렬되거나 무너지기 때문이다. 흐름 곡선의 모양에 따라 다음과 같이 나뉜다.

케첩이 병을 기울여도 나오지 않다가 흔들면 쏟아지는 것이 항복응력 때문이고, 이런 성질이 있어야 소스가 음식 위에 얹혀 흘러내리지 않는다. 제품 설계에서 점도를 하나의 값으로 말할 수 없고 전단속도를 함께 밝혀야 하는 이유도 여기에 있다.