Внутреннее трение вязкость Вязкость внутренне

Внутреннее трение (вязкость)

• Вязкость (внутренне трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. • Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения.

• При перемещении одних слоев относительно других возникают силы внутреннего трения. • Силы внутреннего трения направлены по касательной к поверхности слоев.

•

Модуль внутреннего трения •

Физический смысл коэффициента вязкого трения - число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости. Текучесть

•

Вязкость жидкостей (при 18°C) Вещество Вязкость 10 -5 кг/(м*с) Глицерин 1400 Масло машинное легкое 113 Масло машинное тяжелое 660 Масло оливковое 90 Анилин 4, 6 Ацетон 0, 337 Бензол 0, 673 Бром 1, 02 Вода 1, 05 Масло оливковое 90 Гелий 1, 89 Пентан 0, 244 Чем больше коэффициент вязкости, тем сильнее жидкость отличается от идеальной, тем большие силы трения в ней возникают.

• Вязкость жидкостей весьма сильно зависит от температуры: она уменьшается с повышением температуры. • Вязкость в жидкости обусловлена силами межмолекулярного сцепления. Эти силы с увеличением температуры жидкости уменьшаются и вязкость жидкости уменьшается.

Сверхтекучесть жидкого гелия • Лев Ландау в 1941 г. создает теорию по сверхтекучести жидкого гелия

Сверхтекучесть жидкого гелия • Жидкий гелий при температуре около -271°С (2, 17 К) переходит в сверхтекучее состояние, в котором его вязкость равна нулю.

• У газов коэффициент вязкости с температурой растет. • В газах молекулы движутся беспорядочно, а с ростом температуры беспорядочность теплового движения возрастает. Что вызывает увеличение вязкости.

Режимы течения жидкостей • Ламинарное течение – слои жидкости скользят относительно друга без вращения и перемешивания. • Турбулентное течение – частицы жидкости совершают вращательное движение по замкнутым кольцам.

Режимы течения жидкостей Ламинарное течение Турбулентное течение

• Ламинарное течение жидкости наблюдается при небольших скоростях ее движения. Скорость изменяется с расстоянием от оси трубы по параболическому закону. • При турбулентном течении частицы жидкости приобретают составляющие скоростей, перпендикулярные течению. Поэтому частицы могут переходить из одного слоя в другой и их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей.

Критерий Рейнольдса • В 1883 году английский • физик О. Рейнольдс установил, что характер течения зависит от значения безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса • Для каждого вида течения существует критическое число Рейнольдса, Reкр. , которое, как принято считать, определяет переход от ламинарного течения к турбулентному. • При Re˂Reкр. течение происходит в ламинарном режиме. • При Re˃Reкр. возможно возникновение турбулентности. • Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п. ), различными возмущениями потока, как-то изменение направленности и модуля вектора скорости потока, шероховатость стенок, близость местных сопротивлений и др. • Например, для течения жидкости в прямой круглой трубе с очень гладкими стенками Reкр. =2300.

Определение вязкости методом Стокса • 1. Метод Стокса. Этот метод определения вязкости основан на измерении скорости медленно движущихся в жидкости небольших тел сферической формы. • • • На шарик, который падает в жидкости вертикально вниз, действуют три силы: сила тяжести Р=(4/3)πr 3ρg (ρ - плотность шарика), сила Архимеда FA=(4/3)πr 3ρ'g (ρ' - плотность жидкости) и сила сопротивления, эмпирически установленная Дж. Стоксом: F=6πηrν, где r - радиус шарика, ν - его скорость. При равномерном движении шарика P=FA+F или • • откуда Измерив скорость равномерного движения шарика, можно определить вязкость жидкости (газа).

Движение тел в жидкости и газах • R – равнодействующая, • Q – лобовое сопротивление (сила направлена против движения тела), • Р – подъемная сила

Движение в идеальной жидкости • В идеальной жидкости равномерное движение происходит без лобового сопротивления. • Результирующая сила давления на поверхность цилиндра будет равна нулю.

Движение в вязкой жидкости • Вблизи поверхности тела образуется пограничный слой частиц, движущихся с меньшими скоростями. • Возникает вращение частиц из -за торможения этого слоя и движение жидкости становится вихревым. • Если тело не обладает обтекаемой формой, то пограничный слой отрывается от поверхности тела.

В аэродинамике крыло самолета характеризуется подъемной силой и лобовым сопротивлением • • где S - площадь крыла; r - плотность воздуха; V - скорость воздуха; Сy - аэродинамический коэффициент подъемной силы; Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления; Fл - лобовое сопротивление. Коэффициенты Сy и Сх зависят от профиля крыла и угла атаки. Fп - подъемная сила крыла.

• • Наибольшую подъемную силу дают вогнуто-выпуклые крылья. У двояковыпуклых крыльев подъемная сила несколько меньше, чем у вогнуто-выпуклых, но зато меньше лобовое сопротивление. Крылья плосковыпуклым сечением занимают промежуточное место, т. е. подъемная сила и лобовое сопротивление у них меньше, чем у вогнуто-выпуклых, но больше, чем у двояковыпуклых. Наименьшее лобовое сопротивление имеют крылья симметричных двояковыпуклых профилей.