Кинематичен вискозитет. Механика на течностите и газовете

Кинематичният вискозитет е основната физическа характеристика на всички газови и течни среди. Този индикатор е ключът при определянето на плъзгането на движещите се твърди частици и натоварването, което те изпитват. Както е известно, в нашия свят всяко движение се извършва във въздушната или водната среда. В този случай движещите се тела винаги са засегнати от сили, чийто вектор е обратното на посоката на движение на самите обекти. Съответно, колкото по-голям е кинематичният вискозитет на средата, толкова по-силен е натоварването на твърдото вещество. Каква е същността на това свойствата на течностите и газове?

Кинематичният вискозитет, дефиниран като вътрешно триене, се дължи на предаването на инерцията на молекулите на веществото, перпендикулярно на посоката на движение на неговите слоеве с различни скорости. Например, при течности всяка структурна единица (молекула) е заобиколена от всички страни от нейните най-близки съседи, разположени приблизително на разстояние, равно на диаметъра им. Всяка молекула вибрира около така нареченото положение на равновесие, но като набра скорост от своите съседи, тя прави остър скок към новия център на вибрациите. За секунда всяка такава структурна единица на материята има време да промени своето местожителство с около сто милиона пъти, като направи между един и стотици хиляди колебания. Разбира се, колкото по-силно е такова молекулно взаимодействие, толкова по-малка е мобилността на всяка структурна единица и съответно колкото е по-голям кинематичният вискозитет на веществото.

Ако постоянни външни сили действат върху молекула от страна на съседни слоеве, в тази посока частицата прави повече измествания в определена единица от времето, отколкото в противоположната. Следователно, неговите хаотични скитания се превръщат в подредено движение с определена скорост, в зависимост от силите, които действат върху него. Такъв вискозитет е характерен например за моторните масла. Важно е също тук, че външните сили, приложени към разглежданата частица, да работят върху оригиналното разпространение на слоевете, през които се стимулира дадена молекула. Такъв ефект в крайна сметка увеличава скоростта на термично произволно движение на частиците, което не се променя с течение на времето. С други думи течностите се характеризират с еднороден поток, независимо от постоянното въздействие на противоположно насочени външни сили, тъй като те са балансирани вътрешно съпротивление слоеве от материя, която точно определя коефициента на кинематичен вискозитет.

Тъй като температурата се увеличава, мобилността на молекулите започва да се увеличава, което води до известно намаляване на устойчивостта на слоевете материя, тъй като във всяка нагрята субстанция се създават по-благоприятни условия за свободно движение на частиците в посоката на приложената сила. Това може да бъде сравнено с това, как човек е много по-лесно да се пресече през случайно движеща се тълпа, отколкото чрез неподвижна тълпа. Разтворите на полимери притежават значителен кинематичен вискозитет, измерен в Stokes или Pascal-секунди. Това се дължи на наличието в тяхната структура на дълги неподвижни молекулни вериги. Но с повишаването на температурата техният индекс на вискозитет намалява бързо. При натискане на пластмасови изделия нейните нишковидни, причудливо преплетени молекули насилствено поемат нова позиция.

Вискозитетът на газовете при температура от 20 ° С и атмосферно налягане от 101,3 Ра е от порядъка на 10^-5Pa * s. Например, кинематичният вискозитет на въздуха, хелий, кислород и водород при тези условия ще бъде равен на 1,82 х 10, съответно^-5- 1.96 * 10^-5- 2.02 * 10^-5- 0.88 * 10^-5 Pa * s. А течен хелий обикновено има невероятно свойство на превъзходство. Това явление, открито от академик П. Капитай, това е металът в това агрегатно състояние почти няма вискозитет. За него този показател е почти нулев.