6. Вязкость

Идеальная жидкость, т.е. жидкость без внутреннего трения – абстракция. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуще внутреннее трение, называемое такжевязкостью. Вязкость проявляется, в частности, в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается. Примером может служить движение жидкости в стакане после того, как её перестают размешивать ложечкой.

Для выяснения закономерностей, которым обладают силы внутреннего трения, рассмотрим следующий опыт. В жидкость погружены две параллельные друг другу пластины (рис. 9.5), линейные размеры которых значительно превышают расстояние между ними. Нижняя пластина удерживается на месте, верхняя приводится в движение с некоторой скоростью . Опыт показывает, что для перемещения верхней пластины с этой скоростью необходимо действовать на неё с некоторой определенной постоянной по модулю силой. Так как пластина не получает ускорения, то действие этой силы должно уравновешиваться равной ей по модулю противоположно направленной силой, которая и есть сила внутреннего трения, действующая на пластину при её движении в жидкости. Обозначим эту силу через.

Рис. 9.5.

Опыт показывает, что

, (9.10)

где – площадь пластин,– расстояние между ними,– скорость пластины, а– коэффициент пропорциональности, зависящий от природы и состояния (например, от температуры) жидкости и называемыйкоэффициентом внутреннего трения или просто вязкостью жидкости (газа).

Нижняя пластина при движении верхней также подвергается действию силы , равной по модулю. Для того чтобы нижняя пластина оставалась неподвижной, силунеобходимо уравновесить с помощью силы.

Таким образом, при движении двух погруженных в жидкость пластин относительно друг друга между ними возникает взаимодействие, характеризуемое силой (9.10). Воздействие пластин друг на друга осуществляется через жидкость, заключенную между пластинами, передаваясь от одного слоя жидкости к другому. Если исследовать скорость частиц жидкости в разных слоях, то оказывается, что она изменяется в направлении z, перпендикулярном к пластинам, и по линейному закону

(9.11)

Частицы жидкости, непосредственно соприкасающиеся с пластинами, как бы прилипают к ним и имеют такую же скорость, как и сами пластины. Согласно формуле (9.11)

(9.12)

Тогда модуль силы внутреннего трения определится по формуле

(9.13)

Величина показывает, как быстро изменяется скорость в направлении осиzи представляет собой модуль градиента скорости.

Единицей вязкости в СИ служит паскаль-секунда(Па·с). Это такая вязкость, при которой градиент скорости с модулем равным 1 м/с на 1 м приводит к возникновению силы внутреннего трения в 1 Н на 1 м²поверхности касания слоев.

В СГС-системе единицей вязкости является пуаз (Пз), причем 1 Па·с = 10 Пз.

Коэффициент вязкости зависит от температуры. У жидкостей коэффициент вязкости уменьшается с повышением температуры. У газов, напротив, коэффициент вязкости с температурой растет.