Т е о р и я л ы қ м а ғ л ұ м а т т а р. Сұйықтар мен газдардың қозғалысы кезінде ішкі үйкеліс күші пайда болады

Сұйықтар мен газдардың қозғалысы кезінде ішкі үйкеліс күші пайда болады. Бұл күштің пайда болу себебі: сұйықтар мен газдардың қабаттары әртүрлі жылдамдықпен қозғалады. Ішкі үйкеліс күші сұйық қабаттарының қозғалу жылдамдықтарын теңестіруге тырысады. Сұйық қабаттарының жылдамдықтарының теңесуі жылдам қозғалатын қабаттың молекулалары баяу қозғалатын қабаттың молекулаларына импульс беру арқылы өтеді, яғни баяу қозғалатын қабаттың жылдамдығы артады. Баяу қозғалатын қабаттан шапшаң қозғалатын қабатқа өткен молекулалар одан импульс алады. Нәтижесінде шапшаң қозғалатын қабат тежеле бастайды. Сонымен, зат молекулаларының импульсі бір қабаттан екінші қабатқа ауысатын болғандықтан әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын сұйық пен газ қабатта-рының арасында үйкеліс күші туады. Сұйық қабаттарының арасындағы ішкі үйкеліс күші олардың жанасу бетінің ауданы мен жылдамдық градиентіне тура пропорционал. Ішкі үйкеліс күші Ньютон заңымен анықталады:

(1)

Бұл формуладағы «–» таңбасы

V₁ күштің бағыты жылдамдықтың

бағытына қарсы екендігін көр-

сетеді. Жылдамдық шамасының

v₂ сұйық қабаттарына перпендику-

ляр бағытта ұзындық бірлігінде

D v өзгеруі жылдамдық градиенті

деп аталады.

1-сурет

Динамикалық тұтқырлық немесе ішкі үйкеліс коэффициенті сан жағынан жылдамдық градиенті бірге тең болатын жанасу бетінің бірлік ауданына әсер ететін ішкі кедергі күшіне тең физикалық шама:

(2)

Оның Бірліктердің Халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі

;

Практикада динамикалық тұтқырлық коэффициентімен қатар кинемати-калық тұтқырлық коэффициенті де жиі қолданылады: ; Өлшем бірлігі . Мұндағы - сұйықтың тығыздығы. Сұйықтың тұтқырлық коэффициентін анықтаудың бірнеше тәсілі бар. Соның бірі – кішкене шар пішінді қатты дененің тұтқыр ортада түсуіне негізделген (Стокс әдісі). Кішкене қорғасын шардың тыныштық күйдегі тұтқыр сұйық (глицерин) ішінде түсуін қарастырайық. Бұл жағдайда оған әсер етуші күштер:

1. Ауырлық күші

, (3)

2. Кері итеруші күш (Архимед заңы бойынша)

(4)

мұндағы r- шардың радиусы, - шардың

тығыздығы, – сұйықтың тығыздығы,

g – еркін түсу үдеуі.

2-сурет 3. Тәжірибелік жолмен Стокс анықтаған

кедергі күші:

, (5)

мұндағы - сұйық қабаттарының жылдамдығы. Бұл жерде кішкене шар мен сұйықтың арасындағы үйкеліске қарағанда сұйық қабаттарының арасындағы үйкелістің ролі басым, себебі кішкене шардың бетіне жанасып тұрған сұйық қабаты оған жабысады да, шармен бірге сондай жылдамдық-пен қозғалады. Сұйықтың осы қабаты қозғалыс кезінде уақыттың кейбір мезетінде іргелес жатқан сұйық қабаттарымен бірге (егер кішкентай шарлардың жылдамдығы аз болса) бірқалыпты құйынсыз қозғалысқа келеді. Кішкене шарға әсер ететін күштердің тең әсерлі күші мынаған тең:

(6)

Бастапқы кезде шардың жылдамдығы біршама арта түседі, бірақ оның

жылдамдығы артқан сайын кедергі күші де артады. Бір кезде ауырлық күшін және күштерінің қосындысы теңгереді, яғни:

; (7)

Осы мезеттен бастап шар бірқалыпты жылдамдықпен қозғалады.

Соңғы (7) формулаға (3), (4), (5) теңдеулерден P, F_а, F_с шамаларының мәндерін қойып, тұтқырлық коэффициентін анықтауға болады:

(8)

Эксперименттік қондырғы: ішіне глицерин толтырылған цилиндр

пішіндес шыны ыдыс, диаметрі өте аз (2-3 мм шамасында) қорғасын шарлар. Цилиндрдің сыртқы бетіне бір-бірінен l қашықтықта екі горизонталь белгі түсірілген.

Кішкене шарлардың диаметрін микрометрмен өлшейді.