Теоретичні відомості. В’язкість – явище виникнення опору між шарами рідини (газу), які рухаються паралельно один одному з різними швидкостями.

В’язкість – явище виникнення опору між шарами рідини (газу), які рухаються паралельно один одному з різними швидкостями.

У потоках реальних рідин поблизу поверхонь змочуваних твердих тіл різні шари рідин мають неоднакову швидкість. Швидкість шару, який безпосередньо прилягає до поверхні твердого тіла, дорівнює нулю; а в міру віддалення від поверхні твердого тіла швидкість шарів рідини збільшується. Інакше кажучи, в таких потоках спостерігається рух одних шарів рідини або газу відносно інших (в напрямку, перпендикулярному до потоку, існує градієнт швидкості).

Явище внутрішнього тертя (в’язкості) при ламінарній течії підлягає закону Ньютона: ∆ F = – h S (181.1)

де Δ F- сила внутрішнього тертя, що діє між шарами; η - коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с; dJ/dx - зміна швидкості руху шарів на одиницю довжини x в напрямі внутрішньої нормалі до поверхні шару - градієнт швидкості.

Фізичний зміст коефіцієнта динамічної в’язкості η видно з формули (181.1). Коефіцієнт внутрішнього тертя (в’язкості) чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі поверхні шару при градієнті швидкості, який дорівнює одиниці.

Крім динамічної в’язкості, використовують також кінематичну , м²/с; де ρ - густина речовини.

В’язкість рідин і газів зумовлена перенесенням імпульсу напрямленого руху їх частинок при переході останніх з шару в шар за рахунок хаотичного руху.

Найбільш поширений метод визначення коефіцієнта в’язкості рідин - метод Стокса, який ґрунтується на вимірюванні швидкості рівномірного руху тіла сферичної форми (кульки) в досліджуваній рідині. За законом Стокса сила в’язкості рідини пропорційна коефіцієнту в’язкості η, радіусу кульки r і швидкості її руху J: F = 6p η r J (181.2)

При падінні кульки в рідині ця сила спочатку зростає. Потім при зрівноваженні сили в’язкості, архімедової сили F_A та сили тяжіння P (P=F + F_A) рух кульки стає рівномірним згідно І закону Ньютона (див. рис. 181.1). Підставимо значення цих сил і дістанемо

π r³ρ g = π r³ρ ₁ g + 6π η r ;

звідки η = gr², (181.3)

де ρ, ρ ₁ - густина відповідно тіла та рідини, в якій воно падає; g- прискорення вільного падіння.

Для визначення в'язкості рідини формула (181.3) справедлива для випадку твердої кульки, яка рухається рівномірно без обертання при відсутності турбулентності, та якщо рідина гідродинамічно нестислива, гомогенна і має необмежену протяжність у всіх напрямках (радіус кульки не перевищує 1/10 радіуса циліндра, в якому знаходиться досліджувана рідина).