Kinematická viskozita. Mechanika kvapalín a plynov
Kinematická viskozita je základnáfyzikálne vlastnosti všetkých plynových a kvapalných médií. Tento indikátor je kľúčom pri určovaní presunu pohybujúcich sa látok a zaťaženia, ktoré zažívajú. Ako je známe, v našom svete sa akýkoľvek pohyb uskutočňuje vo vzdušnom alebo vodnom prostredí. V tomto prípade sú pohyblivé telesá vždy ovplyvnené silami, ktorých vektor je opačný voči smeru pohybu samotných objektov. Preto čím je kinematická viskozita média vyššia, tým silnejšie je zaťaženie pevnej látky. Aký je charakter tejto vlastnosti kvapalín a plynov?
Kinematická viskozita definovaná akovnútorné trenie je spôsobené prenosom hybnosti molekúl látky, ktorá je kolmá na smer pohybu svojich vrstiev s rôznymi rýchlosťami. Napríklad v kvapalinách je každá štruktúrna jednotka (molekula) obklopená zo všetkých strán svojimi najbližšími susedmi umiestnenými približne vo vzdialenosti rovnajúcej sa ich priemeru. Každá molekula vibruje okolo takzvanej rovnovážnej pozície, ale s nasadením hybnosti zo susedov urobí ostrý skok smerom k novému centru vibrácií. Na druhej strane každá takáto štruktúrna jednotka hmoty má čas zmeniť svoj bydlisko o sto miliónovkrát, čo spôsobí medzi jedným a stovkami tisícok výkyvov. Samozrejme, čím silnejšia je taká molekulárna interakcia, tým menšia je mobilita každej štruktúrnej jednotky a tým väčšia kinematická viskozita látky.
Ak molekula pôsobí konštantamivonkajšie sily zo susedných vrstiev, potom v tomto smere častice vytvárajú väčšie posuny za určitú časovú jednotku než naopak. Preto sa jeho chaotické putovanie premieňa na usporiadaný pohyb s určitou rýchlosťou v závislosti od síl, ktoré na ňu pôsobia. Takáto viskozita je charakteristická napríklad pre motorové oleje. Je tiež dôležité, aby vonkajšie sily aplikované na zvažovanú časticu vykonali prácu na pôvodnom šírení vrstiev, cez ktoré je daná molekula stlačená. Takýto účinok nakoniec zvyšuje rýchlosť tepelného náhodného pohybu častíc, ktorý sa časom nemení. Inými slovami, kvapaliny sú charakterizované rovnomerným prúdením bez ohľadu na konštantný účinok protiľahlých vonkajších síl, pretože sú vyvážené vnútorným odporom vrstiev hmoty, ktorý presne určuje koeficient kinematickej viskozity.
S rastúcou teplotou, pohyblivosťou molekúlzačína sa zvyšovať, čo vedie k určitému zníženiu odolnosti vrstiev hmoty, pretože akákoľvek vykurovaná látka vytvára priaznivejšie podmienky pre voľný pohyb častíc v smere aplikovanej sily. To sa dá porovnať s tým, ako je človek oveľa jednoduchšie stláčať náhodne sa pohybujúci dav než prostredníctvom nehybného davu. Roztoky polymérov majú významnú kinematickú viskozitu meranú v Stokes alebo Pascal-sekundách. Je to spôsobené prítomnosťou dlhých pevne viazaných molekulárnych reťazcov vo svojej štruktúre. Ale s rastúcou teplotou sa ich index viskozity rýchlo znižuje. Pri stláčaní plastových výrobkov sa vláknité, nápadne prepletené molekuly nútia k prevzatiu novej pozície.
Viskozita plynov pri teplote 20 ° C a atmosférickom tlaku 101,3 Pa je rádovo 10-5Pa * s. Napríklad kinematická viskozita vzduchu, hélia, kyslíka a vodíka za takýchto podmienok bude rovná 1,82 x 10-5; 1,96 * 10-5; 2,02 * 10-5; 0,88 * 10-5 Pa * s. A kvapalné hélium má vo všeobecnosti úžasnú vlastnosť superfluidity. Tento jav, ktorý objavil akademik P.L. Kapitsey, je, že daný kov v takom agregátnom stave má takmer žiadnu viskozitu. Pre neho je tento ukazovateľ takmer nulový.
