Kinematička viskoznost. Mehanika tekućina i plinova

Kinematička viskoznost. Mehanika tekućina i plinova
Kinematička viskoznost. Mehanika tekućina i plinova
Anonim

Kinematička viskoznost je temeljna fizička karakteristika svih plinovitih i tekućih medija. Ovaj pokazatelj je od ključne važnosti u određivanju otpora čvrstih tijela koja se kreću i opterećenja koje ona doživljavaju. Kao što znate, u našem svijetu svaki pokret se događa u zračnom ili vodenom okruženju. U tom slučaju na tijela koja se kreću uvijek djeluju sile čiji je vektor suprotan smjeru kretanja samih objekata. Sukladno tome, što je veća kinematička viskoznost medija, to je jače opterećenje koje doživljava krutina. Koja je priroda ovog svojstva tekućina i plinova?

Kinematička viskoznost
Kinematička viskoznost

Kinematička viskoznost, definirana kao unutarnje trenje, nastaje zbog prijenosa zamaha molekula tvari okomito na smjer kretanja njezinih slojeva s različitim brzinama. Na primjer, u tekućinama je svaka od strukturnih jedinica (molekula) sa svih strana okružena svojim najbližim susjedima, smještenima približno na udaljenosti jednakoj njihovom promjeru. Svaka molekula oscilira oko takozvanog ravnotežnog položaja, ali uzimajući zamah od svojih susjeda, napravi oštar skok prema novom središtu titranja. U sekundi svaka takva strukturna jedinica materije ima vremena promijeniti svoje mjesto boravka oko sto milijuna puta, čineći između skokova od jedne do stotine tisuća oscilacija. Naravno, što je jača takva molekularna interakcija, to će biti niža mobilnost svake strukturne jedinice i, sukladno tome, veća kinematička viskoznost tvari.

Kinematička viskoznost zraka
Kinematička viskoznost zraka

Ako na bilo koju molekulu djeluju stalne vanjske sile iz susjednih slojeva, tada u tom smjeru čestica čini više pomaka u jedinici vremena nego u suprotnom smjeru. Stoga se njegovo kaotično lutanje pretvara u uređeno kretanje određenom brzinom, ovisno o silama koje na njega djeluju. Ova viskoznost je tipična, na primjer, za motorna ulja. Ovdje je važna i činjenica da vanjske sile primijenjene na česticu koja se razmatra vrše rad na svojevrsnom guranju slojeva kroz koje se data molekula provlači. Takav utjecaj u konačnici povećava brzinu toplinskog slučajnog gibanja čestica, koje se ne mijenja s vremenom. Drugim riječima, tekućine karakterizira ujednačeno strujanje, unatoč stalnom utjecaju višesmjernih vanjskih sila, budući da su uravnotežene unutarnjim otporom slojeva tvari, koji upravo određuje koeficijent kinematičke viskoznosti.

Kinematički koeficijent viskoznosti
Kinematički koeficijent viskoznosti

S povećanjem temperature, pokretljivost molekula počinje rasti, što dovodi do određenog smanjenja otpora slojeva tvari, budući da se u svakoj zagrijanoj tvari stvaraju povoljniji uvjeti za slobodno kretanje čestica u smjeru primijenjene sile. To se može usporediti s time kako je čovjeku puno lakše provući se kroz nasumično pokretnu gomilu nego kroz nepokretnu. Otopine polimera imaju značajan pokazatelj kinematičke viskoznosti, mjerene u Stokesovim ili Pascal sekundama. To je zbog prisutnosti u njihovoj strukturi dugih kruto vezanih molekularnih lanaca. Ali kako temperatura raste, njihova viskoznost se brzo smanjuje. Kada se plastični proizvodi prešaju, njegove filamentne, zamršeno isprepletene molekule guraju se u novi položaj.

Viskoznost plinova na temperaturi od 20°C i atmosferskom tlaku od 101,3 Pa je reda veličine 10-5Pas. Na primjer, kinematička viskoznost zraka, helija, kisika i vodika u takvim će uvjetima biti jednaka 1,8210-5, respektivno; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. A tekući helij općenito ima nevjerojatno svojstvo superfluidnosti. Ovaj fenomen, koji je otkrio akademik P. L. Kapitsa, leži u činjenici da ovaj metal u takvom agregatnom stanju nema gotovo nikakvu viskoznost. Za njega je ova brojka gotovo nula.

Preporučeni: