Теоретичні відомості. Під час відносного зміщення шарів рідини або газу виникає сила внутрішнього тертя, яка гальмує рух шарів

Під час відносного зміщення шарів рідини або газу виникає сила внутрішнього тертя, яка гальмує рух шарів, що рухаються з більшою швидкістю, і прискорює рух шарів з меншою швидкістю (рис. 2). Сила внутрішнього тертя є результатом дії сил молекулярного зчеплення на межі двох шарів і переходом молекул з одного шару в інший.

Сила внутрішнього тертя

(1)

де D u – різниця швидкостей рухомих шарів; D x – найкоротша відстань між цими шарами; D u /D x – градієнт швидкості; h – коефіцієнт внутрішнього тертя або динамічна в'язкість.

Динамічна в'язкість h чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, яка виникає між двома шарами рідини одиничної площі S, за градієнту швидкості, що дорівнює одиниці. Одиниця вимірювання динамічної в'язкості – паскаль-секунда (Па×с). 1 Па×с – це динамічна в'язкість рідини, для якої на 1 м² поверхні дотику шарів за градієнту швидкості 1 с^–1 діє сила 1 Н (1 Па = 1 Н/м²).

Спостерігаються два види течії рідини (або газу). В одних випадках рідина розділяється на шари, які ковзають один відносно одного не перемішуючись. Така течія називається ламінарною (лат. lamina – пластина).

Під час збільшення швидкості або поперечних розмірів потоку виникає перемішування шарів рідини. Така течія називається турбулентною.

Англійський учений Рейнольдс, досліджуючи потоки рідин і газів, з’ясував, що характер будь-якого потоку визначається безрозмірним числом

де r – густина рідини або газу; u – швидкість потоку; l – характерний для поперечного перетину розмір (наприклад, сторона при квадратному перетині, діаметр або радіус при круглому перетині); h – в'язкість. Знайдене таким способом число називається числом Рейнольдса.

Для потоку в круглій трубі діаметром d при Re < 2000 потік ламінарний, а при Re > 2000 потік нестійкий і легко переходить у турбулентний. Отже, для певного діаметра труби існує критична швидкість течії u_кр, вище від якої течія рідини переходить у турбулентну. За Рейнольдсом

Відношення динамічної в'язкості h до густини r рідини називається кінематичною в'язкістю:

і вимірюється в м²/с.

В'язкість залежить від молекулярної будови рідини чи газу і їх температури. З підвищенням температури в'язкість рідин зменшується, а в'язкість газів збільшується.

В'язкість є важливою характеристикою рідин і газів. В'язкість води і повітря спричинює значний опір швидкохідному транспорту; в трубопроводах в'язкість рідин і газів зумовлює спад тиску; в'язкість характеризує якість мастил.

В'язкість є важливою константою опису патологічних процесів у медицині та ветеринарії. Наприклад, в'язкість крові знижується під час анемії й підвищується під час поліцитемії.