Поняття про в'язкість рідин

В’язкість – це властивість рідин чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої під дією зовнішніх сил.

Кожен розмішував ложечкою цукор у стакані з чаєм, або кавою і міг спостерігати, що рух рідини припиняється через деякий час після того , як вийняти ложку. Це є одна з простіших прояв в’язкості рідини. Цей дослід свідчить що в рухомій рідині виникають сили внутрішнього тертя , які діють між окремими шарами рідини і обумовлюють зменшення швидкості рідини і її поступову зупинку.

Розглянемо рух рідини у річці. Виміри показують, що при повільній течії швидкість частинок води змінюється від нуля поблизу дна річки до максимуму на поверхні річки. Рідину при цьому можна уявляти як би поділену на окремі плоскі шари, які ковзають відносно один одного, не перемішуючись. Розподіл швидкостей показано на рис.5.1.

Течія річки зумовлена різницею рівнів між верхів’ям і затокою. Оскільки вода у річці рухається без прискорення необхідно щоб існували сили, які б гальмували рух. Цими силами є сили внутрішнього тертя на границі з дном річки і на границях між шарами рідини.

Рис.5.1

Розглянемо два шари рідини, які показані на рис.5.2. Відстань між шарами , а швидкості . Верхній шар має більшу швидкість і прагне потягнути за собою нижній шар, діючі на нього силою, яка направлена за течією. Одночасно нижній шар прагне зменшити швидкість верхнього шару, діючі на нього силою проти течії. Ці сили зумовлюють силу тертя між шарами рідини.

Рис.5.2

Взаємодію, яка виникає між шарами рідини, які рухаються один відносно одного називають внутрішнім тертям. Експериментально встановлено, що сила тертя між шарами рідини визначається формулою

(5.1)

В цій формулі площа шарів, що стикаються (рис.4.2); відстань між цими шарами; - різниця швидкостей.

Величина називається градієнтом швидкості і характеризує бистроту зміни швидкості течії в напрямку z, перпендикулярному до площини S. Знак модуля в формулі (5.1) поставлений у зв’язку з тим, що знаки величин і можуть бути як додатні так і від’ємні, в залежності від вибору шарів і напрямку z, тоді як модуль сили є величиною додатною. Коефіцієнт називають коефіцієнтом внутрішнього тертя, коефіцієнтом в’язкості, або просто в’язкістю. Одиницею в’язкості в системі сі є Паскаль - секунда ( ).

В’язкість рідин зумовлена взаємодією між молекулами шарів, рухливістю окремих молекул ї залежить від природи і стану рідини. Наприклад, в’язкість рідин зменшується з підвищенням температури. Це природно, оскільки при цьому полегшується взаємне переміщення молекул.

Сили внутрішнього тертя значно менше сил тертя ковзання. Тому для зменшення тертя між рухомими частинами механізмів і машин використовують мастило - шар в'язкої рідини, яка заповнює простір між поверхнями, що труться і відокремлюють їх одна від одної. Це призводить до суттєвого зменшення сил тертя, зменшення нагріву і зносу деталей.