Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Вязкость жидкости– это свойство, характеризующее возникновение сил внутреннего трения при относительном скольжении слоев жидкости




Вязкость жидкости– это свойство, характеризующее возникновение сил внутреннего трения при относительном скольжении слоев жидкости, движущихся с различными скоростями, причем сила направлена по касательной к поверхности соприкосновения слоев.

При движении жидкости между её слоями возникают силы внутреннего трения, действующие таким образом, чтобы уравнять скорости всех слоёв.

 

Рис. 1.

Движение жидкости

 

Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами, что приводит к перераспределению импульсов слоев жидкости. Молекулы из более быстрого слоя передают молекулам более медленного слоя часть импульса, вследствие чего медленный слой начинается двигаться быстрее, а быстрый слой тормозится.

Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении х (рис. 1). Пусть слои жидкости движутся с разными скоростями. На оси возьмем две точки, находящиеся на расстоянии . Скорости потока жидкости отличаются в этих точках на величину . Отношение характеризует изменение скорости потока в направлении перпендикулярном направлению скоростей и называется градиентом скорости. При ламинарном течении (т.е. без завихрений) сила внутреннего трения (или вязкости), действующая между слоями, пропорциональна площади их соприкосновения и градиенту скорости (формула Ньютона):

(15)

Величина называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости. Величина называется текучестью. Если в формуле (1) принять и , то , т.е. коэффициент динамической вязкости численно равен силе внутреннего трения, возникающей на каждой единице поверхности соприкосновения двух слоев, движущихся один относительно другого с градиентом скорости, равным единице.Наряду с коэффициентом динамической вязкости , часто употребляют коэффициент кинематической вязкости , где – плотность жидкости. В системе СИ единицей физических величин измерений динамической вязкости ; кинематической вязкости .

Коэффициент динамической вязкости зависит от природы жидкости и для данной жидкости с повышением температуры уменьшается. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твердой поверхности, в результате прилипания остается неподвижным относительно её. Скорость остальных слоев постепенно возрастает по мере удаления от твердой поверхности.

Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса:

 

На всякое тело, движущееся в вязкой жидкости, действует сила сопротивления. В общем случае величина этой силы зависит от многих факторов: от внутреннего трения жидкости, от формы тела, от характера обтекания и т.д. Стоксом было получено строгое решение задачи о ламинарном обтекании шарика безграничной жидкостью. В этом случае сила сопротивления определяется формулой:

, (2)

где - скорость шарика, - радиус шарика, - коэффициент динамической вязкости жидкости.

Рассмотрим падение шарика в вязкой среде (рис. 1). На шарик действуют три силы:

1. сила тяжести ( ρ – плотность материала шарика, – объем шарика);

2. сила Архимеда , равная весу жидкости в объеме ( ‑плотность жидкости);

3. сила сопротивления со стороны жидкости (сила Стокса) .

Рис. 2.

Движение шарика в вязкой жидкости

 

Равнодействующая этих сил обеспечивает шарику, согласно второму закону Ньютона, ускорение:

(3)

Таким образом, скорость шарика υ с течением времени растет, а следовательно, растет и сила сопротивления со стороны жидкости, пропорциональная модулю скорости. Когда возрастет настолько, что сумма сил и уравновесит силу тяжести , движение шарика станет равномерным (a = 0), т.е. с постоянной скоростью = const.

Измеряя на опыте установившуюся скорость падения шарика и радиус шарика , зная значения плотностей материала шарика и жидкости , в которой он движется, можно определить коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости) жидкости по формуле:

. (4)

 







Дата добавления: 2014-10-29; просмотров: 214. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2018 год . (0.001 сек.) русская версия | украинская версия