Jak znaleźć lepkość płynów?
W wielu sytuacjach naukowych i przemysłowych konieczne jest poznanie lepkości cieczy. Lepkość jest miarą oporu cieczy do przepływu. Ciecze o wysokiej lepkości mają większy opór przepływu i nie są łatwo odkształcane przez naprężenia fizyczne, podczas gdy ciecze o niskiej lepkości są „cienkie” i łatwo płyną. Lepkość cieczy można ustalić za pomocą przyrządu zwanego wiskozymetrem, którego jest wiele różnych rodzajów. W przypadkach, w których dopuszczalne są mniej dokładne pomiary, lepkość można również zmierzyć za pomocą prostych urządzeń opartych na grawitacji.
Jednym z najczęstszych rodzajów wiskozymetrów jest wiskozymetr z opadającą kulą. Ta konfiguracja mierzy lepkość cieczy, mierząc czas, przez jaki trwa mała kula o znanej gęstości i wielkości, aby opuścić określoną odległość przez ciecz. Kula jest umieszczana w pionowej rurce wypełnionej cieczą i pozwala jej osiągnąć prędkość końcową podczas opadania. Przy prędkości końcowej siła oporu ciągnąca kulę w górę jest równa sile grawitacji ciągnącej ją w dół, a kula przestaje przyspieszać, utrzymując stałą prędkość podczas opadania. Gdy znana jest prędkość końcowa, gęstość cieczy i sfery oraz rozmiar kuli, do obliczenia lepkości cieczy można zastosować wzór, prawo Stokesa.
Innym dość prostym wiskozymetrem stosowanym w warunkach laboratoryjnych jest wiskozymetr Ostwald, znany również jako szklany wiskozymetr kapilarny lub wiskozymetr U-tubowy. To szklane rurki w kształcie litery U składają się z dwóch żarówek, jednej w dolnej części lewego ramienia U, a drugiej w wysokiej części prawej. Trzyma się go pionowo, gdy ciecz jest wciągana do górnej bańki, a następnie pozwala spłynąć z powrotem do dolnej bańki, mijając dwa znaki na rurce. Lepkość cieczy można obliczyć, biorąc pod uwagę średnicę szklanej rurki, czas potrzebny do przepłynięcia cieczy przez te dwa znaki oraz gęstość tej cieczy.
Laboratoria wymagające precyzyjnych pomiarów mogą stosować bardziej złożone lepkościomierze, które zawierają elektronikę i mierzą lepkość za pomocą tłoka oscylacyjnego lub rezonatora wibracyjnego zanurzonego w cieczy. W innych ustawieniach, takich jak przemysł lakierniczy, można zastosować prostsze zasady fizyczne, aby wydedukować przybliżoną lepkość cieczy. Pomiary te często polegają na pomiarze zwanym lepkością kinematyczną - oporze cieczy przed przepływem w obecności grawitacji.
Kubek Zahna i kubek lepkości Forda są przykładami urządzeń grawitacyjnych używanych do pomiaru lepkości kinematycznej. W tych urządzeniach płynna farba, w przypadku kubka Zahna, lub olej silnikowy do kubka Forda, spływa przez mały otwór w dolnej części kubka, gdy jest on uniesiony. Ciecz wypływa płynnym strumieniem, aż do pewnego punktu, w którym rozpada się na krople. W zależności od lepkości cieczy pęknięcie nastąpi w różnym czasie. Miarę lepkości kinematycznej można znaleźć, mnożąc ten czas w sekundach przez numer specyfikacji kubka, który jest kalibrowany dla odpowiedniej cieczy.