Jak je zjištěna viskozita kapalin?

V mnoha vědeckých a průmyslových situacích je nutné znát viskozitu kapalin. Viskozita je měřítkem odporu kapaliny vůči proudění. Kapaliny s vysokou viskozitou mají větší odolnost proti proudění a nejsou snadno deformovány fyzickým stresem, zatímco kapaliny s nízkou viskozitou jsou „tenké“ a snadno tekou. Viskozitu kapalin lze zjistit pomocí přístroje známého jako viskozimetr, jehož je mnoho různých typů. V případech, kdy jsou přijatelná méně přesná měření, lze viskozitu měřit také pomocí jednoduchých zařízení založených na gravitaci.

Jedním z nejčastějších typů viskozimetrů je viskozimetr s klesající koulí. Toto nastavení měří viskozitu kapalin načasováním, jak dlouho trvá, než malá sféra známé hustoty a velikosti klesne do určité vzdálenosti kapalinou. Koule se umístí do svislé trubice naplněné kapalinou a při pádu se nechá dosáhnout své konečné rychlosti. Při rychlosti terminálu je síla tažení tažení koule nahoru rovna gravitační síle tažení směrem dolů a koule přestane zrychlovat a udržuje konstantní rychlost, zatímco klesá. Jakmile je známa konečná rychlost, hustota kapaliny a koule a velikost koule, lze pro výpočet viskozity kapaliny použít vzorec Stokesův zákon.

Dalším poměrně jednoduchým viskozimetrem, který se používá v laboratorních podmínkách, je Ostwaldův viskozimetr, známý také jako skleněný kapilární viskozimetr nebo U-trubicový viskozimetr. Toto zařízení ze skleněné trubice ve tvaru písmene U sestává ze dvou žárovek, jedné na spodní části levého ramene U a druhé na vysoké části pravého. Je držen svisle, jakmile je kapalina natažena do horní baňky a poté ponechána stékat zpět dolů do dolní baňky, přes dvě značky na trubici. Viskozita kapalin může být odvozena faktorováním v průměru skleněné trubice, množství času, které potřebuje tekutina protékat dvěma značkami, a hustoty této kapaliny.

Laboratoře, které vyžadují přesná měření, mohou používat propracovanější viskozimetry, které zahrnují elektroniku a měří viskozitu pomocí kmitajícího pístu nebo vibračního rezonátoru ponořeného do kapaliny. V jiných prostředích, jako je například lakovací průmysl, lze pro odvození přibližné viskozity kapalin použít jednodušší fyzikální principy. Tato měření se často spoléhají na míru známou jako kinematická viskozita - odpor kapaliny k proudění v přítomnosti gravitace.

Zahnův pohár a Fordův viskozitní pohár jsou příklady gravitačních přístrojů používaných k měření kinematické viskozity. V těchto zařízeních tekutá barva v případě pohárku Zahn nebo motorový olej pro pohár Ford se vypouští malým otvorem ve spodní části pohárku, když je držen ve vzduchu. Kapalina vytéká hladkým proudem až do určitého bodu, kdy se rozpadne na kapky. V závislosti na viskozitě kapaliny dojde k rozbití v různých časech. Míra kinematické viskozity lze nalézt vynásobením této doby v sekundách specifikačním číslem pohárku, který je kalibrován pro příslušnou kapalinu.