Вязкость жидкости. Формула Ньютона. Коэффициент вязкости

Вязкость – одно из важнейших явлений, наблюдающихся при движении реальной жидкости.

Всем реальным жидкостям (и газам) в той или иной степени присуща вязкость, или внутреннее трение. При течении реальной жидкости между ее слоями возникают силы трения. Эти силы получили название сил внутреннего трения или вязкости. Вязкость – это трение между перемещаемыми относительно друг друга слоями жидкости (или газа). Силы вязкости (внутреннего трения) направлены по касательной к соприкасающимся слоям жидкости и противодействуют перемещению этих слоев относительно друг друга. Они тормозят слой с большей скоростью и ускоряют медленный слой. Можно указать две основные причины, обусловливающие вязкость:

во-первых, силы взаимодействия между молекулами соприкасающихся слоев, движущихся с различными скоростями;

во-вторых, переход молекул из слоя в слой и связанный с этим перенос импульса.

Вследствие этих причин слои взаимодействуют друг с другом, медленный слой ускоряется, быстрый замедляется. В жидкостях ярче выражена первая причина, в газах – вторая.

Рис. 9

Для выяснения закономерностей, которым подчиняются силы внутреннего трения, рассмотрим следующий опыт. Возьмем две горизонтальные пластины со слоем жидкости между ними (рис.9). Верхнюю пластину приведем в движение с постоянной скоростью . Для этого к пластине надо приложить силу для преодоления силы трения , действующей на пластину при ее движении в жидкости. Слой жидкости, прилегающий непосредственно к верхней пластине, благодаря смачиванию прилипает к пластине и движется вместе с ней. Слой жидкости, прилипший к нижней пластине, удерживается вместе с ней в покое, . Промежуточные слои движутся так, что каждый верхний из них обладает скоростью большей, чем под ним лежащий. Стрелками на рис.9 показан «профиль скорости» потока. Вдоль оси r, перпендикулярной вектору , скорость нарастает. Измерение скорости характеризуют величиной .

Величина показывает, какое измерение скорости приходится на единицу длины вдоль направления изменения скорости, т.е. определяет быстроту изменения скорости и направления, перпендикулярной самой скорости. От этой величины зависит трение между слоями. Величина измеряется в .

Ньютон установил, что сила трения между двумя слоями жидкости прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев и величине :

. (13)

Формула (13) называется формулой Ньютона для вязкого трения. Коэффициент пропорциональности получил название коэффициента вязкости (внутреннего трения). Из (13) видно, что

.

В системе единицей измерения коэффициента вязкости является

(паскаль – секунда),

в СГС – системе коэффициент вязкости измеряется в (пуазах), причем

.

Жидкости, для которых выполняется формула Ньютона (13), называют ньютоновскими. Для таких жидкостей коэффициент вязкости зависит только от температуры. Из биологических к ньютоновским жидкостям можно отнести плазму крови, лимфу. Для многих реальных жидкостей соотношение (13) строго не выполняется. Такие жидкости называют неньютоновскими. Для них коэффициент вязкости зависит от температуры, давления и ряда других величин. К таким жидкостям относятся жидкости с крупными сложными молекулами, например, цельная кровь.

Вязкость крови здорового человека , при патологии колеблется от , что сказывается на скорости оседания эритроцитов. Вязкость венозной крови больше, чем артериальной.