Сущность явления вязкого трения какова природа сил внутреннего трения жидкости

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Природа внутреннего трения или вязкости довольно сложная. Подобно распределению напряжений упругого тела, внутреннее трение опр де-ляется симметричным зффинором или тензором, но у вязких жидкостей пропорциональны напряжениям не сами деформации, а скорости деформаций.  [2]

Природа внутреннего трения едина, она связана с передачей количества движения от слоя к слою.  [3]

Механизм внешнего трения тесно связан с природой внутреннего трения , а именно, с неупругостью и вязким сопротивлением контакта.  [4]

Лучше изучены и значительно проще закономерности и природа внутреннего трения в жидкостях и газообразных телах, чем внешнее трение, возникающее при контакте твердых тел. Поэтому научные и инженерно-технические работники больше осведомлены в области внутреннего, чем внешнего трения. Правильных представлений о природе внешнего трения часто нет даже у тех специалистов, которые по роду своей деятельности постоянно сталкиваются с этой проблемой, не говоря уже о широких кругах читателей.  [5]

Несмотря на то, что эта гипотеза противоречит опытным данным, ею часто пользуются, поскольку она создает известные удобства при решении уравнений колебаний. В действительности природа внутреннего трения более сложна. Известно, что наиболее важными причинами, вызывающими рассеяние энергии колебаний при вибрации, являются: 1) местные пластические деформации, 2) явления, связанные с ферромагнитными свойствами сталей.  [6]

Несмотря на то что эта гипотеза противоречит многочисленным опытным данным, во всяком случае для сталей при обычно применяемых частотах и напряжениях, ею часто пользуются, поскольку она создает известные удобства при решении уравнений колебаний с затуханием. В действительности природа внутреннего трения более сложна.  [8]

Вязкость среды зависит от ее температуры. Интересно отметить, что у газов она при нагревании возрастает, а у жидкостей уменьшается. Это указывает на то, что природа внутреннего трения в газах и жидкостях различна.  [9]

Учет трения в соединениях элементов конструкций требует одновременного учета и деформации сочлененных элементов, в отличие от учета трения между элементами механизма. В последнем случае элементы могут приниматься недеформируемыми. Несмотря на значительное отличие природы трения в соединениях от природы внутреннего трения в материале, аппарат, феноменологически описывающий оба явления, оказывается одинаковым. Специфика состоит лишь в способе получения петли гистерезиса.  [10]

Источник



Вязкость жидкости

Вязкость жидкости

Вязкость жидкости – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (внутреннему трению) в потоке. Вязкость жидкости не может быть обнаружена при покое жидкости, так как она проявляется только при её движении. Для правильной оценки таких гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости, необходимо прежде всего установить законы внутреннего трения жидкости и составить ясное представление о механизме самого движения.

Содержание статьи

  • Физический смысл вязкости
  • Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная
  • Коэффициент вязкости жидкости
  • Методы измерения вязкости. Метод Стокса
  • Видео о вязкости

Физический смысл вязкости

Для понятия физической сущности такого понятия как вязкость жидкости рассмотрим пример. Пусть есть две параллельные пластинки А и В. В пространство между ними заключена жидкость: нижняя пластинка неподвижна, а верхняя пластинка движется с некоторой постоянной скоростью υ1

Вязкость жидкости

Как при этом показывает опыт, слои жидкости, непосредственно прилегающие к пластинкам (так называемые прилипшие слои), будут иметь одинаковые с ним скорости, т.е. слой, прилегающий к нижней пластинке А, будет находиться в покое, а слой, примыкающий к верхней пластинке В, будет двигаться со скоростью υ1.

Промежуточные слои жидкости будут скользить друг по другу, причем их скорости будут пропорциональны расстояниям от нижней пластинки.

Ещё Ньютоном было высказано предположение, которое вскоре подтвердилось опытом, что силы сопротивления, возникающие при таком скольжении слоев, пропорциональны площади соприкосновения слоев и скорости скольжения. Если взять площадь соприкосновения равной единице, это положение можно записать в виде

Вязкость жидкости

где τ – сила сопротивления, отнесенная к единице площади, или напряжение трения

μ – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода жидкости и называемый коэффициентом абсолютной вязкости или просто абсолютной вязкостью жидкости.

Величину dυ/dy – изменение скорости в направлении, нормальном к направлению самой скорости, называют скоростью скольжения.

Таким образом вязкость жидкости – это физическое свойство жидкости, характеризующее их сопротивление скольжению или сдвигу

Вязкость кинематическая, динамическая и абсолютная

Теперь определимся с различными понятиям вязкости:

Динамическая вязкость. Единицей измерения этой вязкости является паскаль в секунду (Па*с). Физический смысл состоит в снижении давления в единицу времени. Динамическая вязкость характеризует сопротивление жидкости (или газа) смещению одного слоя относительно другого.

Динамическая вязкость зависит от температуры. Она уменьшается при повышении температуры и увеличивается при повышении давления.

Кинематическая вязкость. Единицей измерения является Стокс. Кинематическая вязкость получается как отношение динамической вязкости к плотности конкретного вещества.

Определение кинематической вязкости производится в классическом случае измерением времени вытекания определенного объема жидкости через калиброванное отверстие при воздействии силы тяжести

Абсолютная вязкость получается при умножении кинематической вязкости на плотность. В международной системе единиц абсолютная вязкость измеряется в Н*с/м2 – эту единицу называют Пуазейлем.

Коэффициент вязкости жидкости

В гидравлике часто используют величину, получаемую в результате деления абсолютной вязкости на плотность. Эту величину называют коэффициентом кинематической вязкости жидкости или просто кинематической вязкостью и обозначают буквой ν. Таким образом кинематическая вязкость жидкости

где ρ – плотность жидкости.

Единицей измерения кинематической вязкости жидкости в международной и технической системах единиц служит величина м2/с.

В физической системе единиц кинематическая вязкость имеет единицу измерения см 2 /с и называется Стоксом(Ст).

Вязкость некоторых жидкостей

Жидкость t, °С ν, Ст
Вода 0 0,0178
Вода 20 0,0101
Вода 100 0,0028
Бензин 18 0,0065
Спирт винный 18 0,0133
Керосин 18 0,0250
Глицерин 20 8,7
Ртуть 0 0,00125

Величину, обратную коэффициенту абсолютной вязкости жидкости, называют текучестью

Как показывают многочисленные эксперименты и наблюдения, вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры. Для различных жидкостей зависимость вязкости от температуры получается различной.

Поэтому, при практических расчетах к выбору значения коэффициента вязкости следует подходить очень осторожно. В каждом отдельном случае целесообразно брать за основу специальные лабораторные исследования.

Вязкость жидкостей, как установлено из опытов, зависит так же и от давления. Вязкость возрастает при увеличении давления. Исключение в этом случае является вода, для которой при температуре до 32 градусов Цельсия с увеличением давления вязкость уменьшается.

Что касается газов, то зависимость вязкости от давления, так же как и от температуры, очень существенна. С увеличением давления кинематическая вязкость газов уменьшается, а с увеличением температуры, наоборот, увеличивается.

Методы измерения вязкости. Метод Стокса.

Вязкость жидкости

Область, посвященная измерению вязкости жидкости, называется вискозиметрия, а прибор для измерения вязкости называется вискозиметр.

Современные вискозиметры изготавливаются из прочных материалов, а при их производстве используются самые современные технологии, для обеспечение работы с высокой температурой и давлением без вреда для оборудования.

Существует следующие методы определения вязкости жидкости.

Капиллярный метод.

Сущность этого метода заключается в использовании сообщающихся сосудов. Два сосуда соединяются стеклянной трубкой известного диаметра и длины. Жидкость помещается в стеклянный канал и за определенный промежуток времени перетекает из одного сосуда в другой. Далее зная давление в первом сосуде и воспользовавшись для расчетов формулой Пуазейля определяется коэффициент вязкости.

Метод по Гессе.

Этот метод несколько сложнее предыдущего. Для его выполнения необходимо иметь две идентичные капиллярные установки. В первую помещают среду с заранее известным значением внутреннего трения, а во вторую – исследуемую жидкость. Затем замеряют время по первому методу на каждой из установок и составляя пропорцию между опытами находят интересующую вязкость.

Ротационный метод.

Для выполнения этого метода необходимо иметь конструкцию из двух цилиндров, причем один из них должен быть расположен внутри другого. В промежуток между сосудами помещают исследуемую жидкость, а затем придают скорость внутреннему цилиндру.

Жидкость вращается вместе с цилиндром со своей угловой скоростью. Разница в силе момента цилиндра и жидкости позволяет определить вязкость последней.

Метод Стокса

вискозиметр Гепплера

Для выполнения этого опыта потребуется вискозиметр Гепплера, который представляет из себя цилиндр, заполненный жидкостью.

Вначале делаются две пометки по высоте цилиндра и замеряют расстояние между ними. Затем шарик определенного радиуса помещается в жидкость. Шарик начинает погружаться в жидкость и проходит расстояние от одной метки до другой. Это время фиксируется. Определив скорость движения шарика затем вычисляют вязкость жидкости.

Видео по теме вязкости

Определение вязкости играет большую роль в промышленности, поскольку определяет конструкцию оборудования для различных сред. Например, оборудование для добычи, переработки и транспортировки нефти.

Источник

Сущность явления вязкого трения какова природа сил внутреннего трения жидкости

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 — в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Какие физические величины характеризуют вязкое трение. Их физический смысл.

где η коэффициент динамической вязкости (коэффициент, зависящий от природы жидкости, коэффициент внутреннего трения) — характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению ее слоёв, dv/dx градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении х, перпендикулярном направлению дви­жения слоев, Sплощадь, на которую действует сила F.

Виды течений и число Рейнольдса.

Для несжимаемых жидкостей наблюдается два вида течения:

ламинарное, когда она разделяется на слои;

турбулентное, когда жидкость перемешивается.

Английский ученый Рейнольдс установил, что характер течения зависит от безразмерной величины:

где ρ –плотность жидкости, η— коэффициент вязкости, υ – средняя скорость потока жидкости, l – характерный для поперечного сечения размер (например, сторона квадрата при квадратном сечении, радиус или диаметр при круглом сечении).

При малых значениях числа Рейнольдса наблюдается ламинарное течение. Но, начиная с некоторого значения Re называемого критическим, течение приобретает турбулентный характер. Например для круглой трубы оно равно 1000. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно. Например, в водохранилищах формально вычисленные значения числа Рейнольдса очень велики, хотя там наблюдается ламинарное течение.

Вывод расчетной формулы.

Методы определения вязкости разнообразны. Один из наиболее простых методов является метод Стокса, который применяется для маловязких жидкостей.

Пусть шарик падает в некоторой жидкости. На него действуют три силы:

A
B

1)сила тяжести F1=

2)архимедова сила

3)сила вязкого трения (формула Стокса).

В формулах r — радиус шарика, rш — плотность шарика, rж — плотность жидкости, v — скорость шарика, h — коэффициент вязкости.

Сила вязкого трения зависит от скорости движения шарика. При свободном падении шарика в вязкой жидкости наступает момент с которого шарик движется равномерно и прямолинейно. Такое движение шарика называется установившимся. В соответствии с законами классической динамики это возможно при условии:

(4)

В проекции на направление движения шарика:

(5)

Решим это уравнение относительно h

(6)

где v = l/t, т.к. для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, l — расстояние, t — время падения шарика между рисками А и В. Подставим выражение для скорости в уравнение (6) и учтем, что r = d/2:

. (7)

Эта формула будет расчетной в нашей лабораторной работе.

Уравнение (7) справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправку в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург. Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок имеет вид:

6. Какие методы определения вязкости (кроме метода Стокса) Вам известны и чем они отличаются. Содержание этих методов.

Кинематическая вязкость своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости: измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Приборы для измерения вязкости называют вискозиметрами. Обычно используют капиллярные, ротационные и шариковые вискозиметры. Наиболее распространенные капиллярные вискозиметры применяют для определения вязкости неструктурированных и слабоструктурированных жидкостей. Схема капиллярного вискозиметра была приведена на рис. 2.28. Основным элементом этих вискозиметров является капилляр. Определение вязкости проводят путем измерения времени t течения жидкости от метки a до метки b. Напряжение деформации может задаваться извне путем присоединения штуцера к моностату, в котором создается давление (или разрежение) Рм. Жидкость может вытекать также под действием гидростатического давления:

где r – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – среднее расстояние между уровнями жидкости в резервуарах А и В.

Вязкость рассчитывают по уравнению Пуазейля:

где V – объем жидкости, вытекающей из капилляра за время t; P – давление, под действием которого жидкость течет; r – радиус капилляра; l – длина капилляра. В капиллярном вискозиметре объем жидкости в резервуаре всегда постоянный, поэтому уравнение (2.4.74) приводят к виду ,

(2.4.75) где K – постоянная вискозиметра, которую находят при использовании стандартной ньютоновской жидкости.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Объяснить механизм возникновение вязкого трения.

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 — в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Какие физические величины характеризуют вязкое трение. Их физический смысл.

где η коэффициент динамической вязкости (коэффициент, зависящий от природы жидкости, коэффициент внутреннего трения) — характеризует сопротивление жидкости (газа) смещению ее слоёв, dv/dx градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении х, перпендикулярном направлению дви­жения слоев, Sплощадь, на которую действует сила F.

Виды течений и число Рейнольдса.

Для несжимаемых жидкостей наблюдается два вида течения:

ламинарное, когда она разделяется на слои;

турбулентное, когда жидкость перемешивается.

Английский ученый Рейнольдс установил, что характер течения зависит от безразмерной величины:

где ρ –плотность жидкости, η— коэффициент вязкости, υ – средняя скорость потока жидкости, l – характерный для поперечного сечения размер (например, сторона квадрата при квадратном сечении, радиус или диаметр при круглом сечении).

При малых значениях числа Рейнольдса наблюдается ламинарное течение. Но, начиная с некоторого значения Re называемого критическим, течение приобретает турбулентный характер. Например для круглой трубы оно равно 1000. Число Рейнольдса также считается критерием подобия течения вязкой жидкости.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно. Например, в водохранилищах формально вычисленные значения числа Рейнольдса очень велики, хотя там наблюдается ламинарное течение.

Вывод расчетной формулы.

Методы определения вязкости разнообразны. Один из наиболее простых методов является метод Стокса, который применяется для маловязких жидкостей.

Пусть шарик падает в некоторой жидкости. На него действуют три силы:

A
B

1)сила тяжести F1=

2)архимедова сила

3)сила вязкого трения (формула Стокса).

В формулах r — радиус шарика, rш — плотность шарика, rж — плотность жидкости, v — скорость шарика, h — коэффициент вязкости.

Сила вязкого трения зависит от скорости движения шарика. При свободном падении шарика в вязкой жидкости наступает момент с которого шарик движется равномерно и прямолинейно. Такое движение шарика называется установившимся. В соответствии с законами классической динамики это возможно при условии:

(4)

В проекции на направление движения шарика:

(5)

Решим это уравнение относительно h

(6)

где v = l/t, т.к. для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, l — расстояние, t — время падения шарика между рисками А и В. Подставим выражение для скорости в уравнение (6) и учтем, что r = d/2:

. (7)

Эта формула будет расчетной в нашей лабораторной работе.

Уравнение (7) справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправку в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург. Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок имеет вид:

6. Какие методы определения вязкости (кроме метода Стокса) Вам известны и чем они отличаются. Содержание этих методов.

Кинематическая вязкость своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости: измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести.

Приборы для измерения вязкости называют вискозиметрами. Обычно используют капиллярные, ротационные и шариковые вискозиметры. Наиболее распространенные капиллярные вискозиметры применяют для определения вязкости неструктурированных и слабоструктурированных жидкостей. Схема капиллярного вискозиметра была приведена на рис. 2.28. Основным элементом этих вискозиметров является капилляр. Определение вязкости проводят путем измерения времени t течения жидкости от метки a до метки b. Напряжение деформации может задаваться извне путем присоединения штуцера к моностату, в котором создается давление (или разрежение) Рм. Жидкость может вытекать также под действием гидростатического давления:

где r – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, h – среднее расстояние между уровнями жидкости в резервуарах А и В.

Вязкость рассчитывают по уравнению Пуазейля:

где V – объем жидкости, вытекающей из капилляра за время t; P – давление, под действием которого жидкость течет; r – радиус капилляра; l – длина капилляра. В капиллярном вискозиметре объем жидкости в резервуаре всегда постоянный, поэтому уравнение (2.4.74) приводят к виду ,

(2.4.75) где K – постоянная вискозиметра, которую находят при использовании стандартной ньютоновской жидкости.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Adblock
detector