Dans la vie de tous les jours, très souvent, le concept de «liquide visqueux» est identifié avec quelque chose de gluant, glissant, dans lequel vous pouvez vous salir. C'est en partie vrai. Regardons de plus près la situation.
Substances
Partout où nous sommes avec vous, nous sommes toujours entourés de substances et de corps physiques qui se trouvent dans trois états: solide, liquide et gazeux. Le quatrième état agrégé de la matière, le plasma, est incapable d'exister dans des conditions dites normales. Pour le maintenir, des régimes artificiellement créés sont nécessaires. Les substances liquides et gazeuses occupent plus de 85% du volume de notre espace de vie. Il suffit de mentionner l'air que nous respirons et l'eau que nous buvons. Et n'importe laquelle de ces substances peut être caractérisée du point de vue de leur viscosité.
Dans quelle mesure
Par définition, la viscosité est la propriété des corps fluides à résister à leur mouvement par rapport à un système de coordonnées fixes ou les uns aux autres. Il y a une viscosité dynamique et cinématique. La viscosité dynamique dans le système SI international est mesurée en [Pa * s] (Pascal par seconde). Du point de vue physique, cette valeur montre la variation de la perte de pression par unité de temps. Dans le système de CGS (centimètre-gramme-seconde), il est mesuré en poises (1 Pa * s = 10 poises) et porte le nom du célèbre physicien et médecin français Jean Louis Marie Poiseul.
La viscosité cinématique est mesurée en m 2 / s (dans le système SI) et à Stokes (plus souvent en centistokes). 1 cSt = 1 mm 2 / s. C'est la valeur fondamentale de cette propriété des fluides. Grâce à un dispositif spécial, un viscosimètre, vous pouvez mesurer la viscosité de n'importe quel liquide. Son volume spécifique (taré) passe à travers le trou calibré sans motivation mécanique, seulement sous l'action de la gravité.
La méthode de détermination
L'unité de viscosité cinématique a été déterminée à la fin des années 1940 par le savant soviétique Ya I. Frenkel. Dans ses équations, il décrit le mécanisme des gouttes de divers liquides de différentes surfaces inclinées (formule 2.1, voir figure ci-dessus), où r et m sont le rayon et la masse de la goutte, α l'angle critique de la gouttelette, θ l'angle de chute de la gouttelette, friction. De la théorie du mouvement des molécules et de la justification du temps de leur «décantation» par Frenkel (et, indépendamment de lui, deux ans plus tard, par le physicien français Andrade), une relation a été obtenue pour calculer la viscosité dynamique (Formule 2.2). Cette dépendance est appelée «l'équation de Frenkel-Andrade», bien que dans la littérature étrangère le nom du physicien soviétique soit souvent omis, l'appelant la formule d'Andrade.
Coefficients
En valeurs absolues, une unité de viscosité cinématique peut être obtenue à partir du rapport de viscosité cinématique / dynamique, à travers la densité du milieu (formule 2.3). Il faut se rappeler que le milieu visqueux lui-même n'est pas subdivisé en cinétique ou dynamique. Les deux valeurs peuvent être calculées pour n'importe quelle substance. Compte tenu du fait que lorsqu'un fluide s'écoule, une résistance au mouvement est créée, il est possible de construire un vecteur de force de frottement visqueux. En valeurs absolues, elle est directement proportionnelle à l'aire de mouvement du milieu S et à sa vitesse v, et inversement proportionnelle à la distance entre les plans h (formule 2.4). Cette valeur est appelée le coefficient de viscosité dynamique ou le coefficient de proportionnalité. Le signe moins indique l'opposé de l'application de force (direction du vecteur). Le coefficient de viscosité cinématique, en règle générale, n'est pas calculé. Dans de rares cas, ils appellent l'équation de la relation (formule 2.3).
Dépendances
La viscosité joue un rôle important dans le mouvement des liquides. En raison de l'action des forces d'adhérence (en particulier dans les liquides très visqueux), la couche d'écoulement de liquide, qui est directement sur une surface solide, reste stationnaire. La vitesse des couches restantes augmente à mesure que vous vous éloignez du plan du mur. La viscosité cinématique et l'augmentation dynamique augmentent avec la pression et diminuent avec l'augmentation de la température du milieu.
Gaz et fluides non newtoniens
La viscosité des milieux gazeux est déterminée en fonction de leur température. Pour un gaz parfait, on peut utiliser la formule de Sutherland (formule 2.5). Cette formule est applicable dans la gamme de température du zéro absolu à 555 K et dans la gamme de pression pas plus de 3,45 MPa.
La viscosité cinématique des fluides non newtoniens est calculée par la loi de Navier-Stokes réduite (Formule 2.6), où σ ij est le tenseur des contraintes visqueuses. Les fluides non-newtoniens comprennent les pseudoplastiques (sang, peinture, ketchup, lave, etc.), ainsi que les fluides dilatants (liquides avec des particules étroitement entremêlées, dont la viscosité augmente brusquement avec l'augmentation de la déformation par cisaillement).
En chiffres
La limite critique de la transition vers un état d'agrégat différent (solide) dans les liquides est atteinte à des valeurs de viscosité d'environ 10 11 -10 12 [Pa * s]. Dans ce cas, le liquide acquiert la propriété d'une masse vitreuse (par exemple, du monoéthylène glycol à des concentrations supérieures à 75% dans une solution aqueuse). Pour une eau pure sans impuretés, la viscosité cinématique à une température de 20 ° C et à la pression atmosphérique est de 1,006 × 10 6 m 2 / s.