Matematyka starożytna miała swoje źródło w geometrii. Zarówno Tales z Miletu, jak Pitagoras już w okresie archaicznym, a Euklides nawet znacznie później naturę postrzegali jako statyczną. Czynnik czasu i zmienności nie był brany pod uwagę, mimo ze filozofowie już przed Heraklitem (wszystko płynie) rozważali zmienność świata i dynamikę procesów w naturze.
Dopiero Newton, dzięki geniuszowi matematycznemu, doszedł do metod ilościowego badania zjawisk zmiennych w czasie i przestrzeni. Aparat analityczny zbudował, nie dla abstrakcji i zabaw logicznych, lecz w celach badawczych. Postanowił np. lepkość różnych płynów ocenić liczbowo, drogą eksperymentu dynamicznego: przeciągając płytkę z pewną prędkością po powierzchni wody stwierdził, że stawia opór, a więc na wodzie powstaje naprężenie tnące styczne wyrażone stosunkiem siły przesuwu płytki do jej powierzchni. Siła ta przesuwa kolejne, coraz dalsze warstwy wody pod płytką z prędkością malejącą równomiernie – liniowo aż do zera. Działanie siły musi być więc równoważne efektowi spadku prędkości na dystansie jej wpływu. Aby było równe – należało wprowadzić pewien współczynnik proporcjonalności, który nazwał właśnie lepkością (lepkość dynamiczna η). Jest on w danej temperaturze stały, ale różny dla różnych płynów, gdyż to pochodna liniowej funkcji spadku prędkości.
Jednak istnieją, jak wiadomo, płyny, zwane nienewtonowskimi, które nie zachowują stałej lepkości przy oddziaływaniach mechanicznych. Wśród ich kilku rodzajów stosowanych w technice jest np. mieszanina tiksotropowa. Ostatnio stały się obiektem zainteresowania badaczy z nadzieją, że można uzyskać płyny „inteligentne”(!), o sterowalnych właściwościach fizycznych. W czasopiśmie Nature właśnie poinformowano o opracowaniu przez Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) programowalnej metacieczy o regulowanej sprężystości, właściwościach optycznych i lepkości, a nawet (po raz pierwszy) zdolności do przejścia miedzy płynem newtonowskim a nienewtonowskim. Jest to olej silikonowy z zawiesiną elastomerowych mikrosfer (50–500 mikronów), wypełnionych powietrzem, które uginają się pod ciśnieniem zmieniając właściwości płynu. Może być zastosowany w siłownikach hydraulicznych, robotach, inteligentnych amortyzatorach rozpraszających energię zależnie od siły uderzenia, a nawet w przyrządach optycznych. Dotąd stosowane były jedynie metamateriały stałe. W demonstracji SEAS płyn reaguje na różne ciśnienia zmieniając podatność, by chwytak robota różnicował ucisk podnosząc np. butelkę, jajko i małą jagodę. W innym eksperymencie okrągłe kapsułki rozpraszają światło, więc płyn jest nieprzezroczysty, pod ciśnieniem działają jak soczewki nadając cieczy przezroczystość.
Płyny nienewtonowskie dorobiły się już początków teorii zwanej mechaniką ośrodków nieliniowych. Musi być ona znacznie bardziej skomplikowana niż tradycyjna mechanika płynów, gdyż płyny nienewtonowskie są właściwie zupełnie różniącymi się od siebie substancjami. Niektóre trudno w ogóle nazwać płynami, a niektóre nie zachowują nawet jednej z podstawowych zasad mechaniki płynów – zasady ciągłości przepływu. Technika znów nieco wyprzedziła naukę.
Zygmunt Jazukiewicz
