4.1. Визначення умовної в'язкості рідин

Внаслідок теплового руху молекул речовини відбуваються безперервні зміни їх швидкостей і енергій. Якщо в середовищі існує просторова неоднорідність густини, температури або швидкості руху окремих шарів, то на тепловий рух молекул накладається впорядкований рух, який веде до вирівнювання таких неоднорідностей. Ці процеси називаються явищами переносу, до яких відносяться дифузія, теплопровідність і внутрішнє тертя або в'язкість. У кожному з них відбувається перенос відповідно маси, енергії, кількості руху або імпульсу із однієї частини простору в іншу до тих пір, доки не встановиться їх рівномірний розподіл у всьому об'ємі.

В'язкість рідини зумовлена передачею кількості руху від одного шару рідини до іншого, що рухаються з різними швидкостями. При цьому імпульс переноситься від шару, швидкість якого є більшою, до шарів, що мають меншу швидкість. Отже, в'язкість - це властивість рідини чи газу вирівнювати швидкості руху різних шарів. У загальному випадку рівняння, яке описує в'язкість, має вигляд:

mV= - dV/dx (4.1)

де mV - зміна кількості руху, яка дорівнює імпульсу, переданому від одного шару до іншого; dV/dx - градієнт швидкості (зміна швидкості на одиницю довжини в напрямку, перпендикулярному до руху шарів);  - коефіцієнт внутрішнього тертя (в'язкість); S - площа поверхні шару, по якій відбувається зсув його; t- час.

Знак "мінус" у виразі (4.1) означає, що імпульс передається в напрямку, протилежному градієнту швидкості.

В

Рис. 4.1. Схема руху шарів рідини

наслідок дії між молекулами сил взаємного притягання нижні шари по відношенню до верхніх, яким надали швидкість V , будуть рухатись із швидкістю V , причому її значення буде тим меншим, чим далі вони знаходитимуться. Верхній шар захоплює нижній, що намагається перешкодити, затримати рух попереднього. Опір, що чинить одна частина рідини відносно іншої, як було зазначено, одержав назву внутрішнього тертя або в'язкості. На рис. 4.1 приведено схему, що пояснює її виникнення.

Основний закон в'язкої течії був встановлений Ньютоном (1687р.):

F=-dV/dx S (4.2)

Звідки  = -F/ dV/dx S (4.3)

Величина  має фізичний зміст сили, що діє між двома шарами рідини з площею дотикання S рівній одиниці площі при градієнті швидкості, що також дорівнює одиниці. Коефіцієнт  називають коефіцієнтом динамічної в'язкості. Він пов'язаний з коефіцієнтом кінематичної в’язкості співвідношенням:

=  (4.4)

де  - густина рідини.

В СІ динамічна в'язкість η вимірюється в Пас=Нс/м²= кг/(мс), а кінематична в’язкість ν - в м²/с.Використовуються також позасистемні одиниці вимірювання динамічної в'язкості 1 пуаз/П/ = 0,1 Пас і 1сП=мПас, та кінематичної в’язкості - 1 стокс /Ст/ = 10^-4 м²/с і 1сСт=10^-6 м²/с.

Для визначення в'язкості найбільш поширені капілярний метод, метод падаючої кульки і метод вивчення обертання циліндру в рідині, які будуть розглянуті у послідуючому викладанні матеріалу. У випадку досить в'язких рідин, таких як клеї, лаки, фарби і нафтопродукти, що відносяться до ньютонівських рідин і мають вільну текучість, використовують метод визначення умовної в'язкості.

Умовною в'язкістю BУ називають відношення часу  витікання рідини із віскозиметра типу BУ-200 мл, а типу BЗ - 50 мл досліджуваної речовини при певній температурі -t до часу ₀ витікання відповідно 200 або 50 мл дистильованої води при температурі 20 С, що є постійною приладу:

BУ=  / ₀ (4.5)