Kinematická viskozita. Mechanika kapalin a plynů

Kinematická viskozita. Mechanika kapalin a plynů
Kinematická viskozita. Mechanika kapalin a plynů
Anonim

Kinematická viskozita je základní fyzikální charakteristikou všech plynných a kapalných médií. Tento indikátor má klíčový význam při určování odporu pohybujících se pevných těles a zatížení, kterému jsou vystavena. Jak víte, v našem světě dochází k jakémukoli pohybu ve vzduchu nebo ve vodě. V tomto případě jsou pohybující se tělesa vždy ovlivňována silami, jejichž vektor je opačný než směr pohybu samotných objektů. V souladu s tím, čím větší je kinematická viskozita média, tím silnější je zatížení, kterému je pevná látka vystavena. Jaká je povaha této vlastnosti kapalin a plynů?

Kinematická viskozita
Kinematická viskozita

Kinematická viskozita, definovaná jako vnitřní tření, je způsobena přenosem hybnosti molekul látky kolmo ke směru pohybu jejích vrstev různými rychlostmi. Například v kapalinách je každá ze strukturních jednotek (molekula) obklopena ze všech stran svými nejbližšími sousedy, umístěnými přibližně ve vzdálenosti rovné jejich průměru. Každá molekula kmitá kolem takzvané rovnovážné polohy, ale když vezme hybnost od svých sousedů, udělá prudký skok směrem k novému středu oscilace. Ve vteřině má každá taková strukturní jednotka hmoty čas asi sto milionkrát změnit své bydliště, přičemž mezi skoky provede od jednoho do stovek tisíc oscilací. Samozřejmě, čím silnější je taková molekulární interakce, tím nižší bude pohyblivost každé strukturní jednotky a tím větší bude kinematická viskozita látky.

Kinematická viskozita vzduchu
Kinematická viskozita vzduchu

Pokud na kteroukoli molekulu působí konstantní vnější síly ze sousedních vrstev, pak v tomto směru částice udělá více posunů za jednotku času než v opačném směru. Proto se jeho chaotické bloudění proměňuje v uspořádaný pohyb s určitou rychlostí v závislosti na silách, které na něj působí. Tato viskozita je typická například pro motorové oleje. Zde je důležitý i fakt, že vnější síly působící na uvažovanou částici působí na jakési odtlačování vrstev, kterými se daná molekula protlačuje. Takový dopad nakonec zvyšuje rychlost tepelného náhodného pohybu částic, která se s časem nemění. Jinými slovy, kapaliny se i přes neustálý vliv vícesměrných vnějších sil vyznačují rovnoměrným tokem, protože jsou vyváženy vnitřním odporem vrstev hmoty, který právě určuje koeficient kinematické viskozity.

Kinematický viskozitní koeficient
Kinematický viskozitní koeficient

S rostoucí teplotou se pohyblivost molekul začíná zvyšovat, což vede k určitému snížení odporu vrstev hmoty, protože v jakékoli zahřáté látce jsou vytvořeny příznivější podmínky pro volný pohyb částic ve směru aplikované síly. Dá se to přirovnat k tomu, jak je pro člověka mnohem snazší protlačit se náhodně se pohybujícím davem než nehybným. Polymerní roztoky mají významný indikátor kinematické viskozity, měřený ve Stokesových nebo Pascalových sekundách. To je způsobeno přítomností dlouhých pevně vázaných molekulárních řetězců v jejich struktuře. Ale jak teplota stoupá, jejich viskozita rychle klesá. Když jsou plastové výrobky lisovány, jejich vláknité, složitě propletené molekuly jsou nuceny do nové polohy.

Viskozita plynů při teplotě 20°C a atmosférickém tlaku 101,3 Pa je řádově 10-5Pas. Například kinematická viskozita vzduchu, helia, kyslíku a vodíku za takových podmínek bude rovna 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. A kapalné helium má obecně úžasnou vlastnost supratekutosti. Tento jev, který objevil akademik P. L. Kapitsa, spočívá ve skutečnosti, že tento kov v takovém stavu agregace nemá téměř žádnou viskozitu. Pro něj je toto číslo téměř nulové.

Doporučuje: