В’язкість: визначення, види, одиниці виміру

Якщо простими словами, то в’язкість – це величина, яка описує опір рідини течії. Так само – різні рідини по різному протистоять відносному руху занурених у них об’єктів, а також руху шарів з різними швидкостями всередині них. Ну, наприклад, якщо ми кинемо металевий предмет (циліндр, кулю, прямокутник) в воду і в машинне масло, то в воді він потоне швидше ніж в маслі (ну тобто у води в’язкість менше :))

Якщо формально, то в’язкість – являє собою відношення напруги зсуву (F/A) до градієнту швидкості ((Δvx / Δz або dvx / dz) в рідині, записується символом η «ета».

 

η = /A
Δvxz

або ж

η = F/A
dvx/dz

Більш звичайна форма цього співвідношення, називається рівнянням Ньютона, і говорить, що результуючий зсув рідини прямо пропорційний прикладеній силі і обернено пропорційний її в’язкості. Подібність з другим законом руху Ньютона (F = ma) очевидна.

 

 = η Δvx
A Δz
 = m Δv
Δt

Або, якщо ви віддаєте перевагу символьним обчисленням (а хто ні) …

 

F  = η dvx
A dz
F = m dv
dt

Одиницею виміру в’язкості в системі СІ є Паскаль-секунда [Па•с], яка не має спеціальної назви. Паскаль-секунда (Па•с) – похідна одиниця в Міжнародній системі одиниць (СІ) для вимірювання в’язкості, вона еквівалентна Н•с/м², або кг/(м•с).

Якщо рідину з в’язкістю 1 Па•с помістити між двома пластинами і пересувати верхню пластину паралельно нижній пластині так, щоб напруга зсуву в рідини дорівнювало одному Паскалю, вона переміститься на відстань, рівну товщині шару рідини між пластинами, за одну секунду.
Або так: один паскаль-секунда дорівнює в’язкості рідини, яка надає опір силою в 1 паскаль взаємному пересуванню двох шарів рідини площею 1 м² знаходяться на відстані 1 м один від одного і взаємно пересуваються з відносною швидкістю 1 м/с.

Паскаль-секунда сьогодні рідко використовується в науковій і технічній літературі. Найбільш поширеною одиницею в’язкості є дина-секунда на квадратний сантиметр [дин•с/см2], це одиниця для вимірювання в’язкості системи СГС (сантиметр-грам-секунда). Називавется пуаз [P] в честь французького фізіолога Жана Пуазейля (1799-1869). Десять пуаз рівні однієї паскаль-секунді [Па•с], таким чином сантіпуаз [сп] і мілліпаскаль-секунди [мПа•с] ідентичні.
1 Па•с = 10 П
1000 мПа•с = 10 П
1 мПа•с = 0,01 П
1 мПа•с = 1 сП
Насправді є дві величини, які називаються в’язкістю. Ті, що описані вище, іноді називають динамічною в’язкістю, абсолютною в’язкістю або простою в’язкістю, для того щоб відрізняти її від іншої в’язкості, але зазвичай просто називають в’язкістю. А ось інша величина, яка називається кінематичною в’язкістю, являє собою відношення в’язкості рідини до її щільності, позначається грецькою буквою ν «ню».

ν = η
ρ

Кінематична в’язкість є мірою опору потоку рідини під дією сили тяжіння. Її часто вимірюють за допомогою пристрою, який називається капілярним віскозиметром – в основі градуьована ємність з вузькою трубкою на дні. Коли дві рідини однакового обсягу поміщають в ідентичні капілярні віскозиметри і дозволяють текти під дією сили тяжіння, більш в’язка рідина тече довше часу через трубку, ніж менш в’язка рідина. Капілярні віскозиметри обговоримо більш докладно пізніше (див. цей розділ).

Одиницею кінематичної в’язкості в СІ є квадратний метр в секунду [м2/с], спеціальної назви не має. Ця розмірність настільки велика, що її рідко використовують. Більш поширеною одиницею кінематичної в’язкості є квадратний сантиметр за секунду [см2/с], якій дано назву стокс [Ст або англ. St] на честь ірландського математика і фізика Джорджа Стокса (1819-1903). Один квадратний метр в секунду дорівнює десяти тисячам Стоксів.
1 см2 / с = 1 Ст
1 м2 / с = 10000 см2
1 м2 / с = 10000 Ст

Навіть ця одиниця трохи велика, тому найбільш поширеною одиницею є, ймовірно, квадратний міліметр в секунду [мм2/с] або сантістокс [сСт]. Один квадратний метр в секунду дорівнює одному мільйону сантістокс.

1 мм2 / с = 1 сСт
1 м2 / с = 1 000 000 мм2
1 м2 / с = 1 000 000 сСт