Επιφανειακή τάση έναντι ιξώδους
 

Το ιξώδες και η επιφανειακή τάση είναι δύο πολύ σημαντικά φαινόμενα σχετικά με τη μηχανική και την στατική των υγρών. Πεδία όπως η υδροδυναμική, η αεροδυναμική και ακόμη και η αεροπορία επηρεάζονται από τις συνέπειες αυτών των φαινομένων. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε μια καλή γνώση αυτών των φαινομένων για να υπερέχουν σε τέτοιους τομείς. Αυτό το άρθρο θα συγκρίνει το ιξώδες και την επιφανειακή τάση και θα παρουσιάσει τις διαφορές μεταξύ των δύο.

Τι είναι η επιφανειακή τάση;

Εξετάστε ένα ομοιογενές υγρό. Κάθε μόριο στα κεντρικά μέρη του υγρού θα έχει ακριβώς την ίδια δύναμη που το τραβά σε κάθε πλευρά. Τα περιβάλλοντα μόρια τραβούν το κεντρικό μόριο ομοιόμορφα σε κάθε κατεύθυνση. Τώρα εξετάστε ένα επιφανειακό μόριο. Έχει μόνο δυνάμεις που ενεργούν επάνω του προς το υγρό. Οι συγκολλητικές δυνάμεις αέρα - υγρού δεν είναι ακόμη τόσο ισχυρές όσο οι συνεκτικές δυνάμεις υγρού - υγρού. Επομένως, τα επιφανειακά μόρια έλκονται προς το κέντρο του υγρού, δημιουργώντας ένα στοιβαγμένο στρώμα μορίων. Αυτό το επιφανειακό στρώμα μορίων δρα ως λεπτό φιλμ στο υγρό. Αν πάρουμε το παράδειγμα της πραγματικής ζωής του ψεκαστήρα νερού, χρησιμοποιεί αυτό το λεπτό φιλμ για να τοποθετηθεί στην επιφάνεια του νερού. Γλιστρά σε αυτό το στρώμα. Αν δεν είναι για αυτό το στρώμα, θα πνιγεί αμέσως. Η επιφανειακή τάση ορίζεται ως η δύναμη παράλληλη προς την επιφάνεια κάθετη προς μία γραμμή μήκους μονάδας που έχει σχεδιαστεί στην επιφάνεια. Οι μονάδες επιφανειακής τάσης είναι Nm-1. Η επιφανειακή τάση ορίζεται επίσης ως ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας. Αυτό επίσης δίνει επιφανειακή τάση σε μια νέα μονάδα Jm-2. Η επιφανειακή τάση, η οποία συμβαίνει μεταξύ δύο μη αναμίξιμων υγρών, είναι γνωστή ως η διεπιφανειακή τάση.

Τι είναι το Ιξώδες;

Το ιξώδες ορίζεται ως ένα μέτρο της αντίστασης ενός υγρού, το οποίο παραμορφώνεται είτε με διατμητική τάση είτε με τάση εφελκυσμού. Σε πιο συνηθισμένες λέξεις, το ιξώδες είναι η "εσωτερική τριβή" ενός υγρού. Είναι επίσης αναφέρεται ως το πάχος ενός υγρού. Το ιξώδες είναι απλά η τριβή μεταξύ δύο στρωμάτων ενός υγρού όταν τα δύο στρώματα κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο. Ο Sir Isaac Newton ήταν πρωτοπόρος στη μηχανική υγρών. Θεώρησε ότι, για ένα υγρό Newtonian, η διατμητική τάση μεταξύ των στρωμάτων είναι ανάλογη με την κλίση της ταχύτητας στην κατεύθυνση κάθετη προς τα στρώματα. Η αναλογική σταθερά (συντελεστής αναλογικότητας) που χρησιμοποιείται εδώ είναι το ιξώδες του υγρού. Το ιξώδες συνήθως δηλώνεται με το ελληνικό γράμμα "μ". Το ιξώδες ενός υγρού μπορεί να μετρηθεί με τη χρήση ιξωδόμετρων και ρεομέτρων. Οι μονάδες ιξώδους είναι Pascal-δευτερόλεπτα (ή Nm-2s). Το σύστημα cgs χρησιμοποιεί τη μονάδα "poise" που ονομάστηκε από τον Jean Louis Marie Poiseuille για τη μέτρηση του ιξώδους. Το ιξώδες ενός υγρού μπορεί επίσης να μετρηθεί με διάφορα πειράματα. Το ιξώδες ενός υγρού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το ιξώδες μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.

τ = μ ∂u / ∂y

Οι εξισώσεις και τα μοντέλα ιξώδους είναι πολύ σύνθετες για μη-Νευτώνεια υγρά.