Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Вязкость или внутреннее трение

Вязкость — это свойство газов, жидкостей и твердых тел, характеризующее их сопротивление течению под действием внешних сил. Остановимся на вязкости газов. Благодаря вязкости, скорость движения различных слоев газа выравнивается, и происходит это потому, что молекулы из-за хаотического теплового движения могут переходить из одного слоя газа в другой. Переходя из быстро движущегося слоя в более медленный, молекулы передают последнему свой импульс. И наоборот, молекулы слоя, движущегося с меньшей скоростью, переходя в движущийся быстрый слой, оказывают тормозящее действие, так как несут с собой импульс макроскопического движения меньший, чем средний импульс быстрого слоя. Таким образом, вязкость — это явление переноса импульса макроскопического движения слоев вещества.

Вязкое трение

Рис. 4.31. Вязкое трение

Рассмотрим закон, которому подчиняется явление вязкости. Для этого представим себе вязкую среду, находящуюся между двумя плоскими параллельными пластинами (рис. 4.31), движущимися с различными скоростями.

Пусть одна из пластин покоится, а другая движется с постоянной скоростью v, параллельной плоскости пластин (см. рис. 4.31) — то же можно сопоставить относительному движению пластин, каждая со своей не равной нулю скоростью. Если между пластинами находится вязкая среда, то для перемещения движущейся пластины с постоянной скоростью (при сохранении неизменного расстояния между пластинами) нужно приложить некоторую постоянную, направленную вдоль скорости, силу F, так как среда оказывает сопротивление такому движению. Очевидно, что и в среде между отдельными ее слоями будут действовать касательные силы. Опыт показывает, что сила F которую надо приложить к пластине, чтобы поддерживать постоянной ее скорость, пропорциональна скорости v пластины и ее площади S и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами Лх. В пределе при Дх -» О эта сила

где п — постоянный для данной жидкости коэффициент, называемый коэффициентом динамической вязкости.

Эта сила, которую нужно приложить для того, чтобы два слоя вязкой среды скользили один по другому с постоянной скоростью. Она пропорциональна площади соприкосновения S слоев и градиенту скорости du/dx, перпендикулярному направлению движения слоев. Это утверждение является законом внутреннего трения Ньютона.

Чтобы раскрыть физический смысл коэффициента вязкости р, умножим левую и правую части уравнения (4.192) на At. В этом случае FAt

= —ri(du/dx)5AA Слева стоит величина FAt (импульс силы), равная Ар (приращение импульса тела), т.е.[1]

где Ар — изменение импульса элемента потока за счет изменения скорости движения.

Коэффициент динамической вязкости р численно равен импульсу макроскопического движения, который переносится в единицу времени через сечение единичной площади соприкасающихся слоев (перпендикулярно оси х на рис. 4.31) при градиенте скорости вдоль этого же направления, равном единице. В явлении вязкости переносимой величиной является импульс макроскопического движения молекул G(x) = mv(x). С учетом (4.181)—(4.185) выражения (4.192), (4.193) для вязкого трения дают:

откуда

За единицу динамической вязкости в СИ принимается коэффициент вязкости той среды, в которой при градиенте скорости, равном единице, через площадку в 1 м2 переносится импульс 1 кг м/с. Таким образом, единицей коэффициента вязкости в СИ служит кг/(м с). Широкое применение имеет единица вязкости в системе СГС (г/(см с)), которая носит название пуаз (Пз) (в честь французского физика Ж. Пуазейля). В таблицах вязкость выражают обычно в дольных единицах сантипуазах (сПз). Соотношение между этими единицами: 1 кг/(м с) = 10 Пз.

Кроме коэффициента динамической вязкости для характеристики течения вводится коэффициент кинематической вязкости v, равный отношению динамической вязкости р среды к ее плотности р, т.е. v = р/р. В СИ единица кинематической вязкости м2/с. В СГС v измеряется в Стоксах (Ст): 1 Ст = 1 см2/с.

Динамическая вязкость жидкостей описывается экспоненциальной зависимостью от температуры Т вида р ~ ехр(Ь/Т), с характерной для каждой жидкости константой Ь.

Данные об основных законах и величинах в явлениях переноса, т.е. о коэффициентах диффузии, теплопроводности и вязкости приведены в табл. 4.5. Оценочные значения коэффициентов в явлениях переноса для газов, жидкостей и твердых тел — в табл. 4.6.

  • [1] Здесь р снова импульс, p = mv.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы