Физика

за сваког по нешто

Вискозност у течности. Њутнов и Стоксов закон

Преузми Word документ

Приликом праћења протицања течности можемо да приметимо да се не крећу истом брзином сви делови течности. Кад посматрамо протицање реке, запажамо да се најбрже крећу делови који су ближи средини река, а најспорије делови уз обалу.

viskoznost 1

При кретању течности кроз цев можемо да запазимо, да највећу брзину имају делови течности дуж осе цеви, а најмању делови уз зидове цеви. Течност се кроз цев не креће као целина, већ слојеви течности клизе један по другом различитим брзинама. Значи, при протицању течности као да долази до њеног „раслојавања“.

При протицању течности јављају се силе које се супротстављају кретању једних слојева течности у односу на друге. Јавља се унутрашње трење у течностима. Унутрашње трење у течностима се назива вискозност.

Силе вискозности успоравају протицање течности и кретање тела кроз течност.

Да бисмо дошли до законитости којима се покоравају силе унутрашњег трења, посматраћемо ламинарно протицање течности. Ламинарно кретање је такво кретање течности код којег замишљени слојеви клизе један по другом, али тако да течност из једног слоја не прелази у други.

Посматрамо течност која се налази између две једнаке и паралелне плоче. Доња плоча је непокретана, а горња се креће у односу на доњу брзином v.

viskoznost 2

Кретање горње плоче изазива кретање течности између плоча. Гранични додирни слој између горње плоче и течности креће се истом брзином као и горња плоча. Слој течности уз непокретну плочу је непокретан. Остали слојеви се крећу брзинама које су сразмерне удаљености слоја од непокретне плоче.

На основу експерименталних података, Исак Њутн је дошао до закључка да сила унутрашњег трења при ламинарном протицању зависи од:

  • врсте течности
  • површине плоча (S)
  • брзине покретне плоче (v)
  • растојања између плоча (d)

F_{v} =\eta S \frac{v}{d}

Сила вискозности делује у правцу кретања течности, а има супротан смер од смера брзине.

Коефицијент вискозности:

\eta =\frac{F_{v}d}{Sv}

[\eta] =\frac{Nm}{m^{2}\frac{m}{s}}

[\eta] =\frac{N}{m^{2}}s

[\eta] =Pa\cdot s

Коефицијент вискозности је је карактеристика сваке течности.

Сила вискозности утиче на кретање тела која се налазе у течности. Течност пружа отпор кретању. Сила отпора има исти правац као и брзина тела, а супротан смер од ње. Експерименти су показали да да интензитет силе отпора зависи од:

  • вискозности течности
  • облика и димензија тела
  • брзине кретања тела

F_{ot}=6\pi \eta rv

где су:

 \eta– коефицијент вискозности течности

r – полупречник тела сферног облика

v – брзина тела

Ова формула представља Стоксов закон.

Мерењем брзине равномерног кретања куглице познатих димензија, можемо да одредимо коефицијент вискозности течности.

Еластичност чврстих тела Површински напон течности