Вязкость жидкости.

Вязкостью называют свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление движению слоёв жидкости друг относительно друга. Это свойство не может быть обнаружено при покое жидкости, так как оно проявляется лишь при ее движении.

Чтобы выяснить физическую сущность понятия вязкости, рассмотрим следующую схему. Пусть имеются слой жидкости толщиной y (рисунок 2.1). Нижний слой жидкости соприкасается с твердым телом и неподвижен. На верхнем слое находится твердая, невесомая пластина площадью w, к которой приложена сила T и поэтому она движется со скоростью u. При этом, как показывает опыт, промежуточные слои будут скользить один по другому со скоростью, пропорциональной их расстоянию до нижней пластинки.

Рисунок 2.1 - Пояснение свойства вязкости жидкости

Еще Ньютон высказал предположение, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Тогда сила, которую нужно приложить к пластинке, чтобы она двигалась со скоростью u, равна

(2.15)

где μ - – коэффициент динамическая вязкость жидкости, зависит от рода жидкости.

Таким образом, вязкостью жидкости называетсявязкость есть физическое свойство жидкости, оказывать сопротивление движению слоёв жидкости друг относительно другахарактеризующее ее сопротивляемость скольжению или сдвигу.

Единицей измерения динамической вязкости является паскаль на секунду (Па·с) или мПа·с = 10^-3 Па·с. В справочниках встречаются старые единицы измерения динамической вязкости 1 пуаз = 1 г/см·с = 0,1 Па·с.

Динамическая вязкость воды зависит от температуры и может быть рассчитана по формуле

(2.16)

где μ - – кинематическая вязкость, Па·с;

t - – температура, °С.

Коэффициентом кинематической вязкости жидкости n называется отношение коэффициента динамической вязкости жидкости к плотности

(2.17)

Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м²/с).

Вязкость различных сортов жидкости одного названия, например, нефти, в зависимости от химического состава и молекулярного строения может иметь различные значения.

Температурная зависимость вязкости нефти хорошо описывается формулой:

(2.18)

где n₁ - кинематическая вязкость нефти при температуре t₁,

u - коэффициент, который определяетсяустанавливаемый по экспериментальным данным.

Для определения коэффициента u необходимо знать вязкость нефти ν₁ и ν₂ при температуре t₁ и t₂

(2.19)

Вязкость жидкостей, как показывают опыты, зависят также от давления. При возрастании давления она обычно увеличивается.

Коэффициенты динамической и кинематической вязкости газов с повышением температуры увеличиваются.

Касательным напряжением t называется отношение силы действующей к поверхности касательно к величине площади этой поверхности w

.

(2.20)

Касательные напряжения имеют размерность давления (Па). Тогда закон Ньютона внутреннего трения в жидкости запишется

.

(2.21)

Для линейной зависимости скорости координатой y касательные напряжения везде в потоке одинаковые. Если зависимость нелинейная, то формулу (2.15) необходимо записать для двух бесконечно близких пластинок:

.

(2.22)

Жидкость называется идеальной, если обладает следующими свойствами:

· абсолютно подвижна, μ = 0;

· абсолютно несжимаема, β_p = 0;

· не изменяет свой объём при изменении температуры β_t = 0,

Идеальной жидкости в природе нет, но есть типы движения жидкости, когда её можно считать идеальной.