Вязкость и внутреннее трение в жидкостях и газах. Зависимость вязкости от параметров состояния.

Вязкость – свойство сплошных сред оказывать сопротивлению сдвигу двух слоев относительно друг друга. Сдвиг должен сопровождаться только изменением формы, но не объема.

Для твердых тел справедлив закон Гука, устанавливающий пропорциональную связь сдвиговых деформаций и касательных напряжений.

,

где τ – касательное напряжение сдвига;

R_τ – усилие сдвига;

F – площадь обтекания, на которую действует сила трения;

G – модуль упругости второго рода;

dγ – угловая деформация при сдвиге.

Связь с поперечным градиентом скорости опытным путем установил Ньютон в форме закона о молекулярном трении в жидкостях и газах:

где μ – коэффициент пропорциональности, называемый динамическим коэффициентом вязкости; n – нормаль к обтекаемой поверхности.

Зависимость напряжений трения от скорости деформации для легкоподвижных сред:

Скорость деформации может по-разному влиять на поведение обладающих высокой вязкостью жидкостей или твердых аморфных тел. Так, стекло, смолы, битум при высокой ударной скорости деформации могут испытывать хрупкое разрушение, но текут при длительном медленном силовом воздействии. Аналогично могут вести себя и капельные жидкости.

Молекулярно-кинетическая природа вязкости

Трение в капельных жидкостях заключается, главным образом, в преодолении сил взаимодействия между молекулами слоев, смещаю­щихся относительно друг друга. С увеличением температуры капель­ной жидкости увеличиваются ча­стота колебаний молекул и силы взаимодействия между ними умень­шаются, а вместе с ними уменьша­ется и вязкость. Величина для капельных жидкостей определяется экспериментальным путем.

Трение в газах обусловлено пе­реносом направленного количества движения молекул при их тепловом хаотическом движении. Пусть два соседних слоя газа движутся в од­ну сторону с различными скоростя­ми («быстрый» и «медленный» слои). Молекулы «быстрого» слоя, переходя в «медленный», уско­ряют его молекулы, а сами подтормаживаются и наоборот. С уве­личением температуры газа скорость хаотического движения мо­лекул и число соударений возрастают, а вместе с этим — перенос количества движения и вязкость газа.