Удельный вес и плотность жидкостей

Вязкость. Свойство вязкости проявляется в сопротивлении, которое оказывает движущаяся жидкость сдвигающим усилиям. Если в потоке скорости отдельных слоев неодинаковы, то молекулы жидкости в своем хаотическом тепловом движении проникают из слоев, имеющих малую скорость, в слои с большими скоростями и подтормаживают их (на рис. 1 снизу вверх). Наоборот, молекулы, поступающие в зону малых скоростей, увлекают жидкость. Таким образом, вследствие теплового движения молекул и сил сцепления между частицами жидкости возникает тенденция к выравниванию эпюры скоростей. Подтормаживание слоев с большей скоростью при этом аналогично действию трения в механике твердого тела; используя эту аналогию, действие вязкости называют внутренним трением в жидкости. Теряемая механическая энергия потока расходуется на увеличение внутренней энергии молекул, т. е. переходит в теплоту.

По гипотезе И. Ньютона (1686), подтвержденной многочисленными экспериментами, касательное усилие между слоями жидкости, имеющими разную скорость («сила трения»), пропорционально площади соприкосновения слоев F и градиенту скорости в поперечном направлении :

(закон Ньютона о вязком трении). Касательное напряжение τ, или сила трения на единицу площади соприкосновения слоев, выражается формулой

. (I.3)

Коэффициент пропорциональности μ в формуле Ньютона носит название динамического коэффициента вязкости. Его размерность в системе СИ – н·сек/м², в технической системе единиц – кгс·сек/м². В некоторых задачах гидромеханики, когда вязкость мало влияет на течение, используется понятие о фиктивной жидкости, лишенной свойства вязкости – «идеальной жидкости».

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости и. в гидромеханике часто используется также кинематический коэффициент вязкости ν, представляющий собой отношение μ к плотности жидкости ρ, т. е.

.

Размерность кинематического коэффициента вязкости – м²/сек. В практике чаще применяется производная единица – см²/сек, причем 1 см²/сек = 10^-4 м²/сек. Единица см²/сек носит название стокс (cm). Ниже приведены значения кинематического коэффициента вязкости ν в стоксах для некоторых жидкостей при температуре 20º С

Вязкость капельных жидкостей уменьшается с повышением температуры, что связано с уменьшением сил сцепления между частицами. В табл. 2 даны значения коэффициента кинематической вязкости при различной температуре для воды и турбинного масла. Вязкость газов, наоборот, увеличивается с повышением температуры из-за увеличения скоростей хаотического движения молекул.

Таблица 2