Измерения вязкости

Вязкость - характеристика сил внутреннего трения. Сила трения в зависимости от вязкости, жидкости или газа выражается формулой:

(5.22)

где F - сила сопротивления перемещению слоев среды, которая направлена в сторону убывания скорости (знак минус в формуле); S - площадь действия силы и градиент скорости. Единица вязкости в системе СИ - Паскаль • секунда. В системе CGS единица вязкости - Пуаз:

(5.23)

Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. В вискозиметрах используются два разных принципа:

• по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра;
• по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

Первый принцип основан на формуле Пуазейля, дающей зависимость между объемом жидкости, вытекающей из трубки радиусом R и длиной I:

(5.24)

где P₁ и P₂ - давление на торцах трубки; R - радиус трубки; I - длина; t - время вытекания.

Второй принцип измерения вязкости основан на измерении скорости падения шара в вязкой среде (формула Стокса):

(5.25)

гдеу -скорость падения шара в жидкости; ρ - плотность материала шара; ρ' - плотность жидкости; r - радиус шара.

Одним из широко используемых приборов для измерения вязкости является вискозиметр Энглера, в котором измеряется время вытекания 200 г. жидкости по сравнению со временем вытекания 200 г воды через то же отверстие. Вязкость измеряют в градусах Энглера, что соответствует отношению времени вытекания жидкости ко времени вытекания воды при тех же условиях. Соотношение между Пуазами и градусами Энглера дается формулой:

(5.26)

где р - плотность жидкости в г/см³.

Вязкость, обозначенная в формуле (5.26) и определенная через силу сопротивления движению называется еще динамической вязкостью. Существует понятие кинематической вязкости - это вязкость, отнесенная к единичной плотности, т. е.:

(5.27)

Измеряется кинематическая вязкость в единицах L²T^-1, т. е. M² /сек в системе СИ. Та же единица в СГС-системе называется стоксом, т. е.

(5.28)

Существует еще понятие ударной вязкости, определяемой, как работа для излома твердого тела, отнесенная к единице поперечного сечения излома.

(5.29)

Обратная вязкости величина называется текучестью:

(5.30)

Иногда в технике пользуются понятием удельной вязкости, т. е. отношением вязкости жидкости к вязкости воды:

(5.31)