Теоретическая часть. Всем реальным жидкостям присуще явление внутреннего трения или вязкости

Всем реальным жидкостям присуще явление внутреннего трения или вязкости.

При относительном перемещении слоев жидкости между ее слоями возникают силы внутреннего трения (вязкости), действующие таким образом, чтобы уравнять скорости всех слоев. Возникновение этих сил объясняется тем, что слои, движущиеся с разными скоростями, обмениваются молекулами. Молекулы из более быстрого слоя передают более медленному некоторое количество движения, вследствие чего последний начинает двигаться быстрее. Молекулы из более медленного слоя получают в быстром слое некоторое количество движения, что приводит к его торможению.

Рассмотрим жидкость, движущуюся в направлении оси x (рис.5.1).

Пусть слои жидкости движутся с разными скоростями. На оси z возьмем две точки на расстоянии ∆ z

Рис. 5.1

Скорости слоев отличаются в этих точках на величину ∆ υ. Отношение ∆ υ/∆z характеризует изменение скорости слоев на единицу длины в направлении, перпендикулярном к поверхности слоя, и называется градиентом скорости.

В случае установившегося (стационарного) течения модуль силы внутреннего трения F между двумя слоями, согласно формуле Ньютона, пропорциональна площади их соприкосновения ∆S и градиенту скорости ∆ υ/∆z

. (5.1)

Величина η называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости.

Величина φ, обратная коэффициенту динамической вязкости η, называется текучестью.

Если в формуле (5.1) положить численно ∆υ/∆z = 1, ∆S = 1, то F =η, т.е. коэффициент динамической вязкости - это физическая величина, численно равная силе внутреннего трения F, возникающей между двумя слоями жидкости с площадью соприкосновения ∆ S, равной единице, движущимися один относительно другого с градиентом скорости ∆ υ/∆z, равным единице.

В СИ размерность [ η ] = кг·м^-1·с^-1 и единица измерения - Па·с (Паскаль ·секунда).

Коэффициент динамической вязкости зависит от природы жидкости и для данной жидкости с повышением температуры η уменьшается. Вязкость играет существенную роль при движении жидкостей. Слой жидкости, непосредственно прилегающей к твердой поверхности, в результате прилипания остается неподвижным относительно нее. Скорость остальных слоев возрастает по мере удаления от твердой поверхности. Наличие слоя жидкости между трущимися поверхностями твердых тел способствует уменьшению коэффициента трения.

Наряду с коэффициентом динамической вязкости η употребляется коэффициент кинематической вязкости ν = η / ρ, где ρ - плотность жидкости.
В СИ [ ν ] = м²·с.