Frecare. Vâscozitate - frecare internă

Frecare- un fenomen larg răspândit. Contactați Friction solide caracterizat coeficient de frecare de alunecare(orez. 4,5, A ). În cursuri mecanică teoretică mai studiază frecare de rulare(ca întotdeauna, totul se rezumă la legătura dintre mișcările de translație și rotație). În lichide și gaze, corpurile experimentează frecare vâscoasă(orez. 4,5, b ). Important, că fiecare forță de frecare este legată de viteză. Forța de frecare este direcționată opus vitezei. Forța de frecare vâscoasă in plus si ca marime proporțională cu viteza.

Orez. 4.5. Forța de frecare care acționează asupra unui corp în mișcare: A- forta de frecare de alunecare F tr = μ N, μ - coeficient de frecare (alunecare); b- forta de frecare vascoasa F tr = γ V = η AV, γ - coeficient de frecare (frecare vâscoasă), η - coeficient de viscozitate. Pentru o minge, valoarea A= 6π rȘi F tr = 6πη rV

Deoarece forțele de frecare depind de viteză, ele nu sunt conservative. Lucrarea acestor forțe schimbă energia internă a „perechii de frecare” și nu servește la transformarea cinetică și energie potențială corpuri unul în celălalt, ca opera forțelor conservatoare (elasticitate, gravitație, Coulomb). Rețineți că forța de presiune a gazului este, de asemenea, neconservativă F =pS, deoarece presiunea unui gaz (sau lichid) este asociată cu mișcările moleculare, de exemplu, într-un gaz presiunea este proporțională cu pătratul mediu al vitezei r~á V 2ñ.

Astfel, fenomenele asociate cu frecarea sunt legate atât de mecanică (viteză), cât și de fizica moleculară( munca forțelor de frecare dă o modificare a energiei interne). Această dualitate duce la modificări în interpretarea unor prevederi ale mecanicii. De exemplu, prevederea privind relativitatea repausului și a mișcării. Când acționează doar forțele conservatoare, este imposibil de distins mișcare uniformă sau pace. Suntem în repaus în raport cu Pământul (Cine nu se învârte în locul lui!), ci în raport cu Soarele? Este o altă chestiune dacă există forțe de frecare în joc. Apoi, la mișcare (chiar și uniform), căldura este eliberată. Când se iau în considerare forțele de frecare, echilibrul forțelor are loc numai în timpul mișcării.

În cele din urmă, această schimbare are loc deoarece, conform celei de-a doua legi a lui Newton, rezultatul unei forțe este accelerația, dar forța de frecare poate modifica forța rezultantă astfel încât să aibă loc echilibrul și să nu existe accelerație. Confuzia în această chestiune a fost cea care i-a împiedicat pe antici să descopere legile mecanicii. Aristotel a văzut: doi cai - o viteză de căruță; trei cai - viteza căruței este mai mare, prin urmare, a concluzionat Aristotel, viteza este proporțională cu numărul de „cai”, sau proporțională cu forța de tracțiune sau, în general, proporțională cu forța. Aristotel credea că viteza este proporțională cu forța. De fapt, pe măsură ce forța de tracțiune crește, apare accelerația, dar din cauza creșterii vitezei crește și forța de frecare, iar echilibrul se produce foarte repede la această nouă viteză. Aristotel nu a văzut tranziția. În multe alte cazuri, „legea lui Aristotel” nu corespundea observațiilor. Cine mișcă planetele? Unde sunt caii? Newton a făcut din mecanică o „știință” atunci când a reușit să unească atât mișcările „pământești” cât și „cerești”. Aristotel putea explica doar „lucrurile pământești”.

Revenind la fenomenele de frecare, putem spune că în aceste fenomene există întotdeauna sistem de referință dedicat- cel „împotriva” căruia se freacă corpul, iar forțele de frecare depind tocmai de viteza de mișcare în raport cu acest sistem. Forța de frecare „traduce” energia mișcării în energia internă a corpului (mediu) de care se freacă corpul în mișcare și, prin urmare, îl separă de toate celelalte corpuri.

Deci, dacă forțele sunt conservatoare - toate se mișcă unele față de altele cu viteze constante ale cadrului de referință (se numesc inerțială) sunt egale, repausul și mișcarea cu viteză constantă sunt relative. Dacă forțele nu sunt conservatoare - depind de viteză, atunci există un cadru de referință selectat - cel în care energia mișcării este convertită în energie internă. Acum paceȘi circulaţie raportat la acest sistem evidenţiat se poate distinge uşor. Dacă există o „pompare” a energiei de mișcare în cea internă, există mișcare dacă nu există pompare, există odihnă;

Luând în considerare doar frecarea atunci când se deplasează într-un lichid sau gaz, se folosește o caracteristică a unui astfel de fenomen, numită coeficient de vâscozitate, spun adesea - pur și simplu viscozitateη. Vâscozitatea caracterizează proprietățile mediului - lichid sau gaz. Rezultă că vâscozitatea nu depinde de proprietățile corpului în mișcare (dimensiune sau viteză sau orice altceva), ci depinde doar de caracteristicile mediului (presiune, temperatură sau altceva) în care are loc mișcarea. În cele din urmă, coeficientul de vâscozitate depinde de proprietățile moleculelor mediului în care se mișcă corpul.

Aceste proprietăți sunt cel mai ușor identificate luând în considerare fenomenul frecare internă. Într-adevăr, contează cu adevărat dacă un corp se mișcă în raport cu un gaz (lichid) sau o parte a unui lichid (gaz) se mișcă în raport cu alta? În ambele cazuri trebuie respectat fenomen de transfer de energie al mișcării macroscopice(mișcarea a ceva „mare” - un corp sau o parte dintr-un lichid) în energie internă - mișcarea moleculelor- particule microscopice (mici).

Fenomen frecare internă(adesea numit fenomenul de vâscozitate) asociată cu apariția forțelor de frecare între straturile de gaz sau lichide, deplasându-se paralel unul cu celălalt la viteze diferite, în timp ce egalizarea vitezei. Forțele de frecare, care apar în acest caz, îndreptate tangenţial la suprafaţa de contact a straturilor.

Să luăm în considerare mecanismul vâscozității gazului. De ce straturile adiacente încetinesc reciproc pe măsură ce se mișcă? Următorul model vă va ajuta să înțelegeți acest lucru: imaginați-vă bărci care se deplasează pe râu cu viteze diferite ( orez. 6.6).

Orez. 4.6. Spre o explicație a mecanismului vâscozității. Detalii in text

Cu cât bărcile sunt mai aproape de centrul râului, cu atât mai mult încearcă canoșii. Pepenii verzi sunt transportați pe bărci. Comercianții decid să facă schimb de mărfuri. Pepenii verzi au viteza bărcii în care se află. Prin urmare, atunci când aruncați pepeni „rapidi” în bărci cu mișcare lentă, acestea din urmă accelerează; Bărcile rapide încetinesc atunci când sunt lovite de pepeni care se mișcă încet.

Fenomenul de frecare internă se supune legea lui Newton pentru frecare vâscoasă (se spun adesea „Formula lui Newton pentru frecare vâscoasă”):

După tot ce s-a spus, această formulă pare să fi fost compilată pur și simplu „de mână”. Într-adevăr: coeficientul de vâscozitate η arată originea acestei forțe din „frecare”, dV/dx arată modificarea vitezei de mișcare a straturilor unul față de celălalt, deoarece dV/dx modificarea vitezei pe unitatea de lungime este limita de la ( V 2 – V 1)/(X 2 – X 1). Este evident că formula lui Newton are forma unei ecuații de transport (tipul legii lui Fick) ( 4.13 ). În dreapta este derivata (gradient), în stânga ar trebui să fie curgere. Fluxul este ceva care curge printr-o unitate de zonă S pe unitatea de timp Δ t. Zona de la locul potrivit în formulă este acolo - merită F/S. Prin urmare, ar fi bine să ne imaginăm forța ca pe un derivat al „ceva” în raport cu timpul. Reamintind a doua lege a lui Newton, putem vedea că forța poate fi reprezentată ca

Adică, forța este o derivată a impulsului.

Prin urmare, formula lui Newton - formula pentru transferul de impuls. La nivel molecular, rezultă că frecarea dintre straturi de lichid sau gaz care curge (se mișcă) cu viteze diferite constă în transferul de molecule dintr-un strat cu o viteză mai mare la un strat cu o viteză mai mică ( orez. 4.7).

Orez. 4.7. Spre o explicație a legii vâscozității. V + = V 0+D V = V + l tgα

Toate fenomenele de transport în gaze sunt similare. Acest lucru se vede clar din cifrele corespunzătoare (comparați orez. 4.2, 4.4 Și 4.7 ). Difuzia corespunde diferenței de concentrații, conductivitate termică - diferența de energii interne, frecare internă (vâscozitate) - diferență de viteze în direcția perpendiculară pe forța de frecare (fluxul de impuls). Volumele din care moleculele în timpul Δ t reușesc să-și schimbe „locul de reședință”, sunt la fel. Prin urmare, calculând fluxul, așa cum am făcut deja de două ori, vom găsi fluxul de impuls:

Comparând cu formula lui Newton, constatăm că coeficientul de vâscozitate are forma:

Această formulă este bună pentru gaze și vă permite să analizați dependența coeficientului de vâscozitate de parametrii gazului. Pentru lichide - coeficient de vâscozitate - caracteristicile lichidului sunt date în cărțile de referință.

Adesea, în loc de coeficientul de vâscozitate, așa-numitul coeficientul de vâscozitate cinematică:

În cele din urmă legea frecării(Legea lui Newton) are forma

Magnitudinea R- fluxul de impulsuri.

Rezumând studiul forțelor de frecare vâscoase, observăm încă o dată că forța care acționează asupra „corpului” este proporțională cu viteza V, iar forța care acționează asupra „stratului” este proporțională cu derivata vitezei dV/dx. Pentru lichidele cu vâscozitate mare, atunci când un strat separat se transformă într-un „corp plat”, această diferență este nesemnificativă. Într-adevăr, în astfel de condiții:

Unde A- grosimea stratului limită, grosimea lichidului la care viteza se modifică semnificativ.

Forța de frecare vâscoasă creată de un corp care se mișcă într-un lichid sau gaz (orez. 4,5, b ),numită forța Stokes. Corpul pune în mișcare lichidul din fața lui, iar departe de corp lichidul este în repaus. Acest lucru creează o diferență de viteză între straturi. Notație de forță Stokes ( Formula Stokes) se obține direct din legea lui Newton pentru frecarea vâscoasă ( 4.33 ). Să aplicăm metoda analizei dimensionale.

Inlocuim derivata din aceasta formula cu o cantitate de aceeasi dimensiune V/A, Unde A- ca de obicei (vezi formula ( 4.39 )), grosimea lichidului la care viteza se modifică semnificativ. După o astfel de înlocuire în legea lui Newton pentru forța de frecare vâscoasă, apare cantitatea S/A, având dimensiunea lungimii (m). În problema care se rezolvă există o singură cantitate din această dimensiune, aceasta este dimensiunea corpului. Dacă corpul este o minge, atunci aceasta este raza mingii r(cm. orez. 4..5, b ). Acum că toate dependențele dimensionale au fost determinate, factorul numeric rămâne nedeterminat. Se pare că acest multiplicator depinde de forma corpului. Pentru o minge este egal cu 6π. În sfârșit o înțelegem Formula Stokes:

F= 6π rη V. (4.40)

) energia mecanică transmisă unui corp în timpul deformării acestuia. Frecarea internă se manifestă, de exemplu, prin amortizare vibratii libere. În lichide și gaze, un proces similar se numește de obicei vâscozitate. Frecarea internă în solide este asociată cu două grupe diferite de fenomene - inelasticitate și deformare plastică.

Inelasticitatea este o abatere de la proprietățile elasticității atunci când un corp este deformat în condiții în care practic nu există o deformare reziduală. Când se deformează la o rată finită, în corp apare o abatere de la echilibrul termic. De exemplu, atunci când îndoiți o placă subțire încălzită uniform, al cărei material se extinde când este încălzită, fibrele întinse se vor răci, fibrele comprimate se vor încălzi, rezultând o diferență transversală de temperatură, adică deformarea elastică va provoca o încălcare a temperaturii. echilibru. Egalizarea ulterioară a temperaturii prin conducție termică este un proces însoțit de trecerea ireversibilă a unei părți a energiei elastice în energie termică. Aceasta explică amortizarea observată experimental a vibrațiilor libere de încovoiere ale plăcii - așa-numitul efect termoelastic. Acest proces de restabilire a echilibrului perturbat se numește relaxare.

În timpul deformării elastice a unui aliaj cu o distribuție uniformă a atomilor diferitelor componente, poate apărea o redistribuire a atomilor din substanță din cauza diferenței de dimensiuni ale acestora. Restabilirea distribuției de echilibru a atomilor prin difuzie este, de asemenea, un proces de relaxare. Manifestările proprietăților inelastice sau de relaxare sunt, de asemenea, efecte secundare elastice în metale și aliaje pure, histerezis elastic.

Deformarea care apare într-un corp elastic depinde nu numai de forțele mecanice exterioare aplicate acestuia, ci și de temperatura corpului, compoziție chimică, câmpuri magnetice și electrice externe (magnetostricție și electrostricție), dimensiunea granulelor. Acest lucru duce la o varietate de fenomene de relaxare, fiecare dintre acestea având propria contribuție la frecarea internă. Dacă în organism apar simultan mai multe procese de relaxare, fiecare dintre acestea putând fi caracterizat prin propriul său timp de relaxare, atunci totalitatea tuturor timpilor de relaxare ai proceselor individuale de relaxare formează așa-numitul spectru de relaxare al unui material dat; Fiecare modificare structurală a probei modifică spectrul de relaxare.

Pentru măsurarea frecării interne se folosesc următoarele metode: studierea atenuării vibrațiilor libere (longitudinale, transversale, torsiune, încovoiere); studiul curbei de rezonanță pentru oscilații forțate; disiparea relativă a energiei elastice în timpul unei perioade de oscilație. Studiul frecării interne a solidelor este un domeniu al fizicii stării solide și este o sursă de informații despre procesele care au loc în solide, în special în metalele pure și aliajele supuse tratamentelor mecanice și termice.
Dacă forțele care acționează asupra unui corp solid depășesc limita elastică și are loc curgerea plastică, atunci putem vorbi de rezistență cvasivâscoasă la curgere (prin analogie cu un fluid vâscos). Mecanismul frecării interne în timpul deformării plastice diferă semnificativ de mecanismul frecării interne în timpul inelasticității. Diferența în mecanismele de disipare a energiei determină diferența în valorile vâscozității, care diferă cu 5-7 ordine de mărime. Pe măsură ce amplitudinea vibrațiilor elastice crește mare rolÎn amortizarea acestor oscilații, deplasările plastice încep să joace un rol, iar valoarea vâscozității crește, apropiindu-se de valorile vâscozității plastice.

Coeficientul de vâscozitate .

Vâscozitatea este unul dintre cele mai importante fenomene observate în timpul mișcării unui fluid real.

Toate lichidele (și gazele) reale prezintă vâscozitate sau frecare internă într-un grad sau altul. Când un fluid real curge între straturile sale, apar forțe de frecare. Aceste forțe se numesc forțe de frecare internă sau vâscozitate.

Vâscozitatea este frecarea dintre straturile de lichid (sau gaz) care se deplasează unul față de celălalt.

Forțele de vâscozitate (frecare internă) sunt direcționate tangențial la straturile de lichid în contact și contracarează mișcarea acestor straturi unul față de celălalt. Ele decelerează stratul mai rapid și accelerează stratul mai lent. Există două motive principale pentru vâscozitate:

In primul rand, forțele de interacțiune între moleculele straturilor adiacente care se mișcă la viteze diferite;

În al doilea rând, tranziția moleculelor de la strat la strat și transferul de impuls asociat.

Din aceste motive, straturile interacționează între ele, stratul lent accelerează, stratul rapid încetinește. În lichide primul motiv este mai clar exprimat, în gaze al doilea.

Pentru a clarifica modelele care guvernează forțele de frecare internă, luați în considerare următorul experiment. Să luăm două plăci orizontale cu un strat de lichid între ele (Fig. 9). Punem placa superioară în mișcare cu o viteză constantă . Pentru a face acest lucru, trebuie aplicată forță pe placă
pentru a depăși forța de frecare
, acționând asupra plăcii în timp ce aceasta se mișcă în lichid. Stratul de lichid adiacent direct plăcii superioare, datorită umezirii, aderă la placă și se mișcă odată cu ea. Stratul de lichid care aderă la placa de jos este ținut în repaus cu acesta,
. Straturile intermediare se deplasează în așa fel încât fiecare dintre cele superioare să aibă o viteză mai mare decât cea care se află dedesubt. Săgețile din Fig. 9 arată „profilul de viteză” al fluxului. De-a lungul axei perpendiculare pe vector , viteza crește. Măsurarea vitezei este caracterizată de valoare .

Magnitudinea arată ce măsurare a vitezei este pe unitatea de lungime de-a lungul direcției de schimbare a vitezei, adică determină viteza de schimbare a vitezei și direcției perpendiculare pe viteza însăși. Frecarea dintre straturi depinde de această valoare. Magnitudinea măsurată în
.

Newton a descoperit că forța de frecare dintre două straturi de lichid este direct proporțională cu aria de contact dintre straturi. și dimensiune :

. (13)

Formula (13) se numește formula lui Newton pentru frecarea vâscoasă. Factorul de proporționalitate numit coeficient de vâscozitate (frecare internă). Din (13) este clar că

În sistem
Unitatea de măsură pentru coeficientul de vâscozitate este

(pascal - secunda),

în sistemul SGS, coeficientul de vâscozitate este măsurat în
(pozes) și

Se numesc lichide pentru care formula lui Newton (13) este îndeplinită Newtonian. Pentru astfel de lichide, coeficientul de vâscozitate depinde numai de temperatură. Printre fluidele biologice, fluidele newtoniene includ plasma sanguină și limfa. Pentru multe lichide reale, relația (13) nu este strict satisfăcută. Astfel de lichide se numesc non-newtonian. Pentru ei coeficientul de vâscozitate depinde de temperatură, presiune și o serie de alte cantități. Aceste fluide includ fluide cu molecule mari și complexe, cum ar fi sângele integral.

Vâscozitatea sângelui unei persoane sănătoase
, cu patologia fluctuează, ceea ce afectează viteza de sedimentare a eritrocitelor. Vâscozitatea sângelui venos este mai mare decât cea a sângelui arterial.

Frecare internă eu Frecare internă II Frecare internă

în solide, proprietatea solidelor de a transforma ireversibil energia mecanică transmisă corpului în timpul procesului de deformare în căldură. Tensiunea este asociată cu două grupuri diferite de fenomene - inelasticitate și deformare plastică.

Inelasticitatea este o abatere de la proprietățile elasticității atunci când un corp este deformat în condiții în care practic nu există o deformare reziduală. Când se deformează la o rată finită, în corp apare o abatere de la echilibrul termic. De exemplu, la îndoirea unei plăci subțiri încălzite uniform, al cărei material se extinde atunci când este încălzită, fibrele întinse se vor răci, fibrele comprimate se vor încălzi, rezultând o diferență transversală de temperatură, adică deformarea elastică va provoca o încălcare a echilibrului termic. Egalizarea ulterioară a temperaturii prin conducție termică este un proces însoțit de trecerea ireversibilă a unei părți a energiei elastice în energie termică. Aceasta explică amortizarea observată experimental a vibrațiilor libere de îndoire ale plăcii - așa-numitul efect termoelastic. Acest proces de restabilire a echilibrului perturbat se numește relaxare (vezi Relaxare).

În timpul deformării elastice a unui aliaj cu o distribuție uniformă a atomilor diferitelor componente, poate apărea o redistribuire a atomilor din substanță din cauza diferenței de dimensiuni ale acestora. Restabilirea distribuției de echilibru a atomilor prin difuzie (vezi Difuziunea) este, de asemenea, un proces de relaxare. Manifestările proprietăților inelastice, sau de relaxare, pe lângă cele menționate, sunt efecte secundare elastice în metale și aliaje pure, histerezis elastic etc.

Deformarea care apare într-un corp elastic depinde nu numai de forțele mecanice exterioare aplicate acestuia, ci și de temperatura corpului, compoziția sa chimică, câmpurile magnetice și electrice externe (magneto- și electrostricție), dimensiunea granulelor etc. Acest lucru duce la o varietate de fenomene de relaxare, fiecare dintre ele își aduce propria contribuție la W. t Dacă în organism apar simultan mai multe procese de relaxare, fiecare dintre acestea putând fi caracterizat prin propriul timp de relaxare (vezi Relaxare) τ. eu, atunci totalitatea tuturor timpilor de relaxare ai proceselor individuale de relaxare formează așa-numitul spectru de relaxare al unui material dat ( orez. ), caracterizarea unui material dat în condiții date; Fiecare modificare structurală a probei modifică spectrul de relaxare.

Pentru măsurarea tensiunii se folosesc următoarele metode: studierea atenuării vibrațiilor libere (longitudinale, transversale, torsiune, încovoiere); studiul curbei de rezonanță pentru oscilații forțate (vezi oscilații forțate); disiparea relativă a energiei elastice în timpul unei perioade de oscilație. Studiul fizicii solidelor este un domeniu nou, în dezvoltare rapidă, al fizicii solidelor și este o sursă de informații importante despre procesele care au loc în solide, în special în metale pure și aliaje care au fost supuse diferitelor tratamente mecanice și termice.

V. t. în timpul deformării plastice. Dacă forțele care acționează asupra unui corp solid depășesc limita elastică și are loc curgerea plastică, atunci putem vorbi de rezistență cvasivâscoasă la curgere (prin analogie cu un fluid vâscos). Mecanismul tensiunii ridicate în timpul deformării plastice diferă semnificativ de mecanismul tensiunii înalte în timpul inelasticității (vezi Plasticitate, fluaj). Diferența în mecanismele de disipare a energiei determină și diferența în valorile vâscozității, care diferă cu 5-7 ordine de mărime (vâscozitatea fluxului de plastic, atingând valori de 10 13 -10 8). n· sec/m 2, este întotdeauna semnificativ mai mare decât vâscozitatea calculată din vibrațiile elastice și egală cu 10 7 - 10 8 n· sec/m 2). Pe măsură ce amplitudinea vibrațiilor elastice crește, foarfecele din plastic încep să joace un rol din ce în ce mai important în amortizarea acestor vibrații, iar valoarea vâscozității crește, apropiindu-se de valorile vâscozității plastice.

Lit.: Novik A.S., Frecarea internă în metale, în cartea: Advances in metal physics. sat. articole, trad. din engleză, partea 1, M., 1956; Postnikov V.S., Fenomene de relaxare în metale și aliaje supuse deformării, „Uspekhi Fizicheskikh Nauk”, 1954, v. 53, v. 1, p. 87; el, Dependența de temperatură a frecării interne a metalelor și aliajelor pure, ibid., 1958, vol. 66, sec. 1, p. 43.

Mare Enciclopedia sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce înseamnă „frecare internă” în alte dicționare:

1) proprietatea solidelor de a absorbi ireversibil energia mecanică primită de corp în timpul deformării acestuia. Frecarea internă se manifestă, de exemplu, prin amortizarea vibrațiilor libere.2) În lichide și gaze, la fel ca vâscozitatea ... Dicţionar enciclopedic mare

FRICȚIA INTERNĂ este aceeași cu vâscozitatea... Enciclopedie modernă

La solide, proprietatea solidelor este convertită ireversibil în căldură mecanică. energia transmisă unui corp în timpul procesului de deformare a acestuia. V. t. este asociat cu două diferite. grupuri de fenomene de inelasticitate şi plasticitate. deformare. Inelasticitatea reprezintă... ... Enciclopedie fizică- 1) proprietatea solidelor de a transforma ireversibil energia mecanică primită de corp în timpul deformării sale în căldură. Frecarea internă se manifestă, de exemplu, prin amortizarea vibrațiilor libere. 2) În lichide și gaze la fel ca vâscozitatea. * * *… … Dicţionar enciclopedic

Frecare internă Frecare internă. Transformarea energiei în căldură sub influența tensiunii oscilatorii a unui material. (Sursa: „Metale și aliaje. Director.” Editat de Yu.P. Solntsev; NPO Professional, NPO Mir and Family; Sankt Petersburg... Dicţionar de termeni metalurgici

Vâscozitatea (frecarea internă) este o proprietate a soluțiilor care caracterizează rezistența la forțele externe care provoacă curgerea acestora. (Vezi: SP 82 101 98. Pregătirea și utilizarea mortarelor de construcție.)

Vâscozitatea lichidului este proprietatea lichidelor reale de a rezista forțelor tangențiale (frecare internă) într-un flux. Vâscozitatea unui lichid nu poate fi detectată atunci când lichidul este în repaus, deoarece apare doar când se mișcă. Pentru a evalua corect astfel de rezistențe hidraulice care apar în timpul mișcării fluidului, este necesar în primul rând să se stabilească legile frecării interne a fluidului și să se facă o idee clară despre mecanismul mișcării în sine.

Semnificația fizică a vâscozității

Pentru conceptul de esență fizică a unui astfel de concept precum vâscozitatea lichidului, luați în considerare un exemplu. Să fie două plăci paralele A și B. Spațiul dintre ele conține un lichid: placa inferioară este nemișcată, iar placa superioară se mișcă cu o anumită viteză constantă v 1

După cum arată experiența, straturile de lichid direct adiacente plăcilor (așa-numitele straturi aderente) vor avea aceleași viteze ca și acesta, adică. stratul adiacent plăcii inferioare A va fi în repaus, iar stratul adiacent plăcii superioare B se va deplasa cu viteza υ 1.

Straturile intermediare de lichid vor aluneca unele peste altele, iar vitezele lor vor fi proporționale cu distanțele de la placa de jos.

Newton a mai sugerat, ceea ce a fost confirmat în curând de experiență, că forțele de rezistență care apar în timpul unei astfel de alunecări a straturilor sunt proporționale cu aria de contact dintre straturi și cu viteza de alunecare. Dacă luăm aria de contact ca fiind egală cu unu, această poziție poate fi scrisă ca

unde τ este forța de rezistență pe unitate de suprafață sau efortul de frecare

μ este un coeficient de proporționalitate care depinde de tipul de lichid și se numește coeficient de vâscozitate absolută sau pur și simplu vâscozitatea absolută a lichidului.

Valoarea dυ/dy - modificarea vitezei în direcția normală cu direcția în sine a vitezei se numește viteză de alunecare.

Astfel, vâscozitatea unui lichid este proprietate fizică lichide, caracterizandu-le rezistenta la alunecare sau la forfecare

Vâscozitate cinematică, dinamică și absolută

Acum să definim diferitele concepte de vâscozitate:

Vascozitate dinamica. Unitatea de măsură pentru această vâscozitate este pascal pe secundă (Pa*s). Sensul fizic este reducerea presiunii pe unitatea de timp. Vâscozitatea dinamică caracterizează rezistența unui lichid (sau gaz) la deplasarea unui strat față de altul.

Vâscozitatea dinamică depinde de temperatură. Acesta scade odată cu creșterea temperaturii și crește odată cu creșterea presiunii.

Vâscozitatea cinematică. Unitatea de măsură este Stokes. Viscozitatea cinematică se obține ca raport vascozitate dinamica la densitatea unei anumite substanţe.

Determinarea vâscozității cinematice se realizează în cazul clasic prin măsurarea timpului de curgere a unui anumit volum de lichid printr-un orificiu calibrat sub influența gravitației

Vâscozitatea absolută se obține prin înmulțirea vâscozității cinematice cu densitatea. În sistemul internațional de unități, vâscozitatea absolută se măsoară în N*s/m2 - această unitate se numește Poiseuille.

Coeficientul de viscozitate al fluidului

În hidraulică se folosește adesea valoarea obținută prin împărțirea vâscozității absolute la densitate. Această valoare se numește coeficient de vâscozitate cinematică a lichidului sau pur și simplu vâscozitate cinematică și se notează cu litera ν. Astfel, vâscozitatea cinematică a lichidului

unde ρ este densitatea lichidului.

Unitatea de măsură a vâscozității cinematice a unui lichid în internațional și sisteme tehnice Unitățile sunt m2/s.

ÎN sistem fizic unități de vâscozitate cinematică are o unitate de cm 2 /s și se numește Stokes (St).

Vâscozitatea unor lichide

Reciprocul coeficientului de vâscozitate absolută a unui lichid se numește fluiditate

După cum arată numeroase experimente și observații, vâscozitatea unui lichid scade odată cu creșterea temperaturii. Pentru diferite lichide, dependența vâscozității de temperatură este diferită.

Prin urmare, în calculele practice, alegerea valorii coeficientului de vâscozitate trebuie abordată cu mare atenție. În fiecare caz individual, este recomandabil să luați ca bază teste speciale de laborator.

Vâscozitatea lichidelor, așa cum a fost stabilită din experimente, depinde și de presiune. Vâscozitatea crește odată cu creșterea presiunii. Excepție în acest caz este apa, pentru care la temperaturi de până la 32 de grade Celsius, vâscozitatea scade odată cu creșterea presiunii.

În ceea ce privește gazele, dependența vâscozității de presiune, precum și de temperatură, este foarte semnificativă. Odată cu creșterea presiunii, vâscozitatea cinematică a gazelor scade, iar odată cu creșterea temperaturii, dimpotrivă, crește.

Metode de măsurare a vâscozității. Metoda Stokes.

Domeniul dedicat măsurării vâscozității unui lichid se numește vâscosimetrie, iar instrumentul de măsurare a vâscozității se numește vâscozimetru.

Viscozimetrele moderne sunt fabricate din materiale durabile, iar în producția lor cele mai multe tehnologii moderne, pentru a asigura lucrul cu temperatură și presiune ridicată fără a deteriora echipamentul.

Există următoarele metode pentru determinarea vâscozității unui lichid.

Metoda capilară.

Esența acestei metode este utilizarea vaselor comunicante. Două vase sunt conectate printr-un tub de sticlă de diametru și lungime cunoscute. Lichidul este plasat într-un canal de sticlă și curge dintr-un vas în altul într-o anumită perioadă de timp. În continuare, cunoscând presiunea din primul vas și folosind formula Poiseuille pentru calcule, se determină coeficientul de vâscozitate.

Metoda conform Hesse.

Această metodă este ceva mai complicată decât cea anterioară. Pentru a realiza acest lucru, este necesar să aveți două instalații capilare identice. Un mediu cu o valoare cunoscută anterior a frecării interne este plasat în primul, iar lichidul studiat este plasat în al doilea. Apoi măsoară timpul folosind prima metodă pe fiecare dintre instalații și, făcând proporția dintre experimente, găsesc vâscozitatea de interes.

Metoda rotativă.

Pentru a efectua această metodă, este necesar să existe o structură de doi cilindri, unul dintre ei situat în interiorul celuilalt. Lichidul de testat este plasat în spațiul dintre vase, iar apoi cilindrul interior este accelerat.

Lichidul se rotește împreună cu cilindrul cu acesta viteză unghiulară. Diferența de cuplu dintre cilindru și lichid ne permite să determinăm vâscozitatea acestuia din urmă.

Metoda Stokes

Pentru a efectua acest experiment, veți avea nevoie de un viscozimetru Heppler, care este un cilindru umplut cu lichid.

Mai întâi, se fac două semne de-a lungul înălțimii cilindrului și se măsoară distanța dintre ele. O minge cu o anumită rază este apoi plasată în lichid. Mingea începe să se scufunde în lichid și parcurge distanța de la un semn la altul. Acest timp este înregistrat. După ce s-a determinat viteza mingii, se calculează apoi vâscozitatea lichidului.

Video despre vâscozitate

Determinarea vâscozității joacă un rol important în industrie, deoarece determină proiectarea echipamentelor pentru diverse medii. De exemplu, echipamente pentru producția, rafinarea și transportul petrolului.