Kinematična viskoznost. Mehanika tekočin in plinov

Kinematična viskoznost. Mehanika tekočin in plinov
Kinematična viskoznost. Mehanika tekočin in plinov
Anonim

Kinematična viskoznost je temeljna fizična značilnost vseh plinastih in tekočih medijev. Ta indikator je ključnega pomena pri določanju upora gibljivih trdnih teles in obremenitve, ki jo doživijo. Kot veste, se v našem svetu vsako gibanje zgodi v zračnem ali vodnem okolju. V tem primeru na premikajoča se telesa vedno delujejo sile, katerih vektor je nasproten smeri gibanja samih predmetov. V skladu s tem večja kot je kinematična viskoznost medija, večja je obremenitev, ki jo doživlja trdna snov. Kakšna je narava te lastnosti tekočin in plinov?

Kinematična viskoznost
Kinematična viskoznost

Kinematična viskoznost, opredeljena kot notranje trenje, je posledica prenosa zagona molekul snovi pravokotno na smer gibanja njenih plasti z različnimi hitrostmi. Na primer, v tekočinah je vsaka od strukturnih enot (molekula) z vseh strani obkrožena s svojimi najbližjimi sosedi, ki se nahajajo približno na razdalji, ki je enaka njihovemu premeru. Vsaka molekula niha okoli tako imenovanega ravnotežnega položaja, vendar, ko jemlje zagon od svojih sosedov, naredi oster skok proti novemu središču nihanja. V sekundi ima vsaka taka strukturna enota materije čas, da približno sto milijonov krat spremeni svoje prebivališče in naredi med skoki od enega do sto tisoč nihanj. Seveda, močnejša kot je takšna molekularna interakcija, manjša bo mobilnost vsake strukturne enote in s tem večja je kinematična viskoznost snovi.

Kinematična viskoznost zraka
Kinematična viskoznost zraka

Če na katero koli molekulo delujejo stalne zunanje sile iz sosednjih plasti, potem v tej smeri delec naredi več premikov na enoto časa kot v nasprotni smeri. Zato se njegovo kaotično potepanje spremeni v urejeno gibanje z določeno hitrostjo, odvisno od sil, ki delujejo nanj. Ta viskoznost je značilna na primer za motorna olja. Pri tem je pomembno tudi dejstvo, da zunanje sile, ki delujejo na obravnavani delec, opravljajo delo na nekakšnem potiskanju plasti, skozi katere se stiska dana molekula. Takšen vpliv na koncu poveča hitrost toplotnega naključnega gibanja delcev, ki se s časom ne spreminja. Z drugimi besedami, za tekočine je značilen enakomeren pretok kljub nenehnemu vplivu večsmernih zunanjih sil, saj jih uravnoveša notranji upor plasti snovi, ki pač določa koeficient kinematične viskoznosti.

Kinematični koeficient viskoznosti
Kinematični koeficient viskoznosti

Z naraščajočo temperaturo se mobilnost molekul začne povečevati, kar vodi do nekoliko zmanjšanja odpornosti plasti snovi, saj se v kateri koli segreti snovi ustvarijo ugodnejši pogoji za prosto gibanje delcev v smeri uporabljene sile. To lahko primerjamo s tem, kako se človek veliko lažje prebije skozi naključno premikajočo se množico kot skozi mirujočo. Polimerne raztopine imajo pomemben kazalnik kinematične viskoznosti, merjen v Stokesovih ali Pascalovih sekundah. To je posledica prisotnosti v njihovi strukturi dolgih togo vezanih molekularnih verig. Toda ko se temperatura dvigne, se njihova viskoznost hitro zmanjša. Ko plastične izdelke stisnemo, se njegove nitaste, zapleteno prepletene molekule prisilijo v nov položaj.

Viskoznost plinov pri temperaturi 20°C in atmosferskem tlaku 101,3 Pa je reda 10-5Pas. Na primer, kinematična viskoznost zraka, helija, kisika in vodika bo pod takimi pogoji enaka 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. In tekoči helij ima na splošno neverjetno lastnost pretočnosti. Ta pojav, ki ga je odkril akademik P. L. Kapitsa, je v tem, da ta kovina v takem agregatnem stanju skoraj nima viskoznosti. Zanj je ta številka skoraj nič.

Priporočena: