Kinemaatiline viskoossus. Vedelike ja gaaside mehaanika

Kinemaatiline viskoossus. Vedelike ja gaaside mehaanika
Kinemaatiline viskoossus. Vedelike ja gaaside mehaanika
Anonim

Kinemaatiline viskoossus on kõigi gaaside ja vedelate ainete füüsikaline põhiomadus. See näitaja on liikuvate tahkete kehade takistuse ja neile kogetava koormuse määramisel võtmetähtsusega. Nagu teate, toimub meie maailmas igasugune liikumine õhus või vees. Sel juhul mõjutavad liikuvaid kehasid alati jõud, mille vektor on vastupidine objektide endi liikumissuunale. Seega, mida suurem on keskkonna kinemaatiline viskoossus, seda tugevam on tahke aine koormus. Mis on vedelike ja gaaside selle omaduse olemus?

Kinemaatiline viskoossus
Kinemaatiline viskoossus

Kinemaatiline viskoossus, defineeritud kui sisehõõrdumine, tuleneb aine molekulide impulsi ülekandest, mis on risti selle kihtide liikumissuunaga erinevatel kiirustel. Näiteks vedelikes on iga struktuuriüksus (molekul) igast küljest ümbritsetud lähimate naabritega, mis asuvad ligikaudu nende läbimõõduga võrdsel kaugusel. Iga molekul võngub nn tasakaaluasendi ümber, kuid naabritelt hoogu võttes teeb järsu hüppe uue võnkekeskuse suunas. Sekundi jooksul on igal sellisel aine struktuuriüksusel aega oma elukohta vahetada umbes sada miljonit korda, tehes hüpete vahel ühest kuni sadade tuhandete võnkumiste vahel. Muidugi, mida tugevam on selline molekulaarne interaktsioon, seda väiksem on iga struktuuriüksuse liikuvus ja vastav alt sellele ka aine kinemaatiline viskoossus.

Õhu kinemaatiline viskoossus
Õhu kinemaatiline viskoossus

Kui ükskõik millisele molekulile mõjuvad naaberkihtidelt püsivad välised jõud, siis selles suunas teeb osake ajaühikus rohkem nihkeid kui vastassuunas. Seetõttu muundub selle kaootiline ekslemine kindla kiirusega korrastatud liikumiseks, olenev alt sellele mõjuvatest jõududest. Selline viskoossus on tüüpiline näiteks mootoriõlidele. Siinkohal on oluline ka asjaolu, et vaadeldavale osakesele mõjuvad välised jõud omamoodi tõukavad laiali kihte, millest antud molekul läbi pigistab. Selline löök suurendab lõppkokkuvõttes osakeste termilise juhusliku liikumise kiirust, mis aja jooksul ei muutu. Teisisõnu iseloomustab vedelikke ühtlane vool, hoolimata mitmesuunaliste välisjõudude pidevast mõjust, kuna neid tasakaalustab ainekihtide sisemine takistus, mis määrab just kinemaatilise viskoossuse koefitsiendi.

Kinemaatiline viskoossuse koefitsient
Kinemaatiline viskoossuse koefitsient

Temperatuuri tõustes hakkab molekulide liikuvus suurenema, mis toob kaasa aine kihtide takistuse mõningase vähenemise, kuna igas kuumutatud aines luuakse soodsamad tingimused osakeste vabaks liikumiseks suunas rakendatavast jõust. Seda võib võrrelda sellega, kuidas suvaliselt liikuvast rahvamassist on inimesel palju lihtsam läbi pressida kui paigal olevast. Polümeerilahustel on märkimisväärne kinemaatilise viskoossuse indikaator, mõõdetuna Stokesi või Pascali sekundites. Selle põhjuseks on pikkade jäig alt seotud molekulaarsete ahelate olemasolu nende struktuuris. Kuid temperatuuri tõustes väheneb nende viskoossus kiiresti. Kui plasttooteid pressitakse, sunnitakse selle niitjad, keeruk alt põimunud molekulid uude asendisse.

Gaasi viskoossus temperatuuril 20°C ja atmosfäärirõhul 101,3 Pa on suurusjärgus 10-5Pas. Näiteks õhu, heeliumi, hapniku ja vesiniku kinemaatiline viskoossus sellistes tingimustes on võrdne vastav alt 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. Ja vedelal heeliumil on üldiselt hämmastav ülivoolavuse omadus. See nähtus, mille avastas akadeemik P. L. Kapitsa seisneb selles, et sellel metallil sellises agregatsiooniseisundis pole peaaegu mingit viskoossust. Tema jaoks on see arv peaaegu null.

Soovitan: