Закон вязкого трения И. Ньютона. Вязкость. Свойства газов.

Закон вязкости (внутреннего трения) Ньютона — математическое выражение, связывающее касательное напряжение внутреннего трения (вязкость) и изменение скорости среды в пространстве (скорость деформации) для текучих тел (жидкостей и газов):

где величина называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости (единица СГС — пуаз); с физической точки зрения она представляет собой удельную силу трения при градиенте скорости, равном единице.

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:

эта величина получила название кинематической вязкости, единица СГС — Стокс. Здесь — плотность среды; — коэффициент динамической вязкости.

Закон Ньютона может быть получен аналитически и приёмами физической кинетики, где вязкость рассматривается обычно одновременно с теплопроводностью и соответствующим законом Фурье для теплопроводности. В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

где — средняя скорость теплового движения молекул, − средняя длина свободного пробега.

Вя́ зкость (вну́ треннее тре́ ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.

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. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Свойства газов - Большинство газов сложно или невозможно наблюдать непосредственно нашими органами чувств, они описываются с помощью четырёх физических свойств или макроскопических характеристик: давлением, объёмом, количеством частиц (химики используют моль) и температурой. Эти четыре характеристики издавна неоднократно исследовались учеными, такими как Роберт Бойль, Жак Шарль, Джон Дальтон, Гей-Люссак и Амедео Авогадро для различных газов в различных условиях. Их детальное изучение в итоге, привело к установлению математической связи между этими свойствами, выраженной в уравнении состояния идеального газа.

Основной особенностью газа является то, что он заполняет всё доступное пространство, не образуя поверхности. Газы всегда смешиваются. Газ — изотропное вещество, то есть его свойства не зависят от направления. При отсутствии сил тяготения давление во всех точках газа одинаково (см. Закон Паскаля). В поле сил тяготения плотность и давление не одинаковы в каждой точке, уменьшаясь с высотой по барометрической формуле. Соответственно, в поле сил тяжести неоднородной становится смесь газов. Тяжелые газы имеют тенденцию оседать ниже, а более легкие — подниматься вверх. В поле тяготения на любое тело в газе действует Архимедова сила, которую используют воздушные шары, заполненные легкими газами или горячим воздухом.

Газ имеет высокую сжимаемость — при увеличении давления возрастает его плотность. При повышении температуры расширяются. При сжатии газ может перейти в жидкость, но конденсация происходит не при любой температуре, а при температуре, ниже критической температуры. Критическая температура является характеристикой конкретного газа и зависит от сил взаимодействия между его молекулами. Так, например, газ гелий можно ожижить только при температуре меньшей, чем 4, 2 К.

Существуют газы, которые при охлаждении переходят в твердое тело, минуя жидкую фазу. Превращение жидкости в газ называется испарением, а непосредственное превращение твердого тела в газ — сублимацией.