در فیزیک ، سیال به مایع ، گاز یا مواد دیگری گفته می‌شود که ممکن است تحت تنش برشی اعمال شده یا نیروی خارجی به طور مداوم حرکت کرده و تغییر شکل دهند ( جریان ). [1] آنها مدول برشی صفر دارند ، یا به عبارت ساده تر، موادی هستند که نمی توانند در برابر هر نیروی برشی اعمال شده به آنها مقاومت کنند.
اگرچه اصطلاح سیال به طور کلی شامل هر دو فاز مایع و گاز می شود، تعریف آن در بین شاخه های علم متفاوت است . تعاریف جامد نیز متفاوت است، و بسته به میدان، برخی از مواد می توانند هم خواص سیال و هم جامد داشته باشند. [2] سیالات غیر نیوتنی مانند بتونه احمقانه به نظر می رسد رفتاری شبیه به یک جامد زمانی که یک نیروی ناگهانی اعمال می شود. [3] به نظر می‌رسد که مواد با ویسکوزیته بسیار بالا مانند گام مانند یک جامد رفتار می‌کنند ( به آزمایش افت زمین مراجعه کنید ). در فیزیک ذرات ، این مفهوم به مواد سیال به غیر از مایعات یا گازها بسط داده می شود. [4] مایع در پزشکی یا زیست شناسی به هر ماده مایع بدن ( مایع بدن ) اشاره دارد، [5] [6] در حالی که "مایع" به این معنا استفاده نمی شود. گاهی اوقات مایعاتی که برای جایگزینی مایعات داده می شوند ، چه از طریق نوشیدن یا به صورت تزریقی، مایعات [7] نیز نامیده می شوند (مثلاً "مایعات فراوان بنوشید"). در هیدرولیک سیال اصطلاحی است که به مایعاتی با خواص معین اطلاق می شود و از روغن های (هیدرولیک) گسترده تر است . [8]
سیالات ویژگی هایی مانند:
این خواص معمولاً تابعی از ناتوانی آنها در حمایت از تنش برشی در تعادل استاتیکی است . در مقابل، جامدات یا با نیروی بازگردان فنر مانند به برش پاسخ می‌دهند - به این معنی که تغییر شکل‌ها برگشت‌پذیر هستند - یا قبل از تغییر شکل به یک تنش اولیه خاص نیاز دارند ( به شکل پذیری مراجعه کنید ).
جامدات هم به تنش های برشی و هم به تنش های معمولی اعم از فشاری و کششی با نیروهای ترمیم کننده پاسخ می دهند . در مقابل، سیالات ایده‌آل فقط با نیروهای بازگرداننده به تنش‌های معمولی واکنش نشان می‌دهند که فشار نامیده می‌شود : سیالات می‌توانند هم تحت تنش فشاری - مربوط به فشار مثبت - و هم تحت تنش کششی، متناظر با فشار منفی قرار بگیرند . جامدات و مایعات هر دو دارای استحکام کششی هستند که وقتی بیش از آن در جامدات تغییر شکل و شکستگی برگشت ناپذیری ایجاد می کند و در مایعات باعث شروع حفره می شود .
جامدات و مایعات هر دو دارای سطوح آزاد هستند که برای تشکیل آنها مقداری انرژی آزاد هزینه می شود . در مورد جامدات، مقدار انرژی آزاد برای تشکیل یک واحد سطح معین، انرژی سطح نامیده می شود ، در حالی که برای مایعات به همین مقدار، کشش سطحی می گویند . در پاسخ به کشش سطحی، توانایی مایعات برای جاری شدن منجر به رفتاری متفاوت با رفتار جامدات می شود، اگرچه در حالت تعادل، هر دو تمایل دارند انرژی سطحی خود را به حداقل برسانند : مایعات تمایل به تشکیل قطرات گرد دارند ، در حالی که جامدات خالص تمایل به تشکیل کریستال دارند . گازها بدون سطوح آزاد آزادانه منتشر می شوند .
در یک جامد، تنش برشی تابعی از کرنش است ، اما در سیال، تنش برشی تابعی از نرخ کرنش است . نتیجه این رفتار قانون پاسکال است که نقش فشار را در توصیف وضعیت سیال توصیف می کند.
رفتار سیالات را می توان با معادلات ناویر-استوکس توصیف کرد - مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل جزئی که بر اساس:
مطالعه سیالات مکانیک سیالات است که بسته به اینکه سیال در حال حرکت باشد به دینامیک سیالات و استاتیک سیالات تقسیم می شود.
بسته به رابطه بین تنش برشی و نرخ کرنش و مشتقات آن ، سیالات را می توان به عنوان یکی از موارد زیر مشخص کرد:
سیالات نیوتنی از قانون ویسکوزیته نیوتن پیروی می کنند و ممکن است سیالات چسبناک نامیده شوند .
سیالات را می توان از نظر تراکم پذیری طبقه بندی کرد:
سیالات نیوتنی و تراکم ناپذیر در واقع وجود ندارند، اما فرض بر این است که برای نشست نظری هستند. سیالات مجازی که به طور کامل اثرات ویسکوزیته و تراکم پذیری را نادیده می گیرند، سیالات کامل نامیده می شوند .
در هیدرولیک، سیال مایع است (معمولاً روغن)