정의
뉴턴 유체(Newtonian fluid)는 전단 응력이 전단 변형률에 비례하는 유체를 말한다. 이 관계는 뉴턴의 점성 법칙에 따라 나타나며, 점성이 일정한 값을 가지는 것이 특징이다. 즉, 유체에 가해지는 전단 속도가 증가하더라도 그에 대한 저항력(응력)은 선형적으로 증가한다.
개요
뉴턴 유체는 유체 역학에서 가장 기초적이고 널리 연구된 유체의 형태로, 물, 공기, 대부분의 기체 및 단순 액체들이 이 범주에 속한다. 이러한 유체는 점성이 온도와 압력에 따라 변할 수는 있으나, 전단 속도와는 독립적이다. 이로 인해 유체의 흐름을 기술하는 나비에-스토크스 방정식(Navier-Stokes equations)의 해석이 비교적 직관적이고 수월하다.
어원/유래
이 용어는 영국의 과학자 아이작 뉴턴(Isaac Newton)의 이름에서 유래하였다. 뉴턴은 1687년 출판한 『자연 철학의 수학적 원리』(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)에서 점성에 대한 초기 개념을 제시하였으며, 후대에 그의 이름을 따 점성 법칙을 따르는 유체를 ‘뉴턴 유체’라고 명명하였다.
특징
- 전단 응력과 전단 변형률 사이에 선형 관계가 존재하며, 비례 상수는 동적 점도(η)이다. 수학적으로는 τ = η·(du/dy)로 표현된다.
- 점도는 온도, 압력 등 외부 조건에 따라 변화할 수 있으나, 전단 속도에는 무관하다.
- 시간에 따라 점도가 변화하지 않으며, 흐름 특성이 비가역적이거나 복잡하지 않다.
- 일반적인 유체 역학 모델의 기준이 되며, CFD(전산 유체 역학) 시뮬레이션의 기초로 자주 활용된다.
관련 항목
- 비뉴턴 유체
- 점성
- 나비에-스토크스 방정식
- 유체 역학
- 전단 응력
- 전단 변형률
- 동적 점도