Co to jest lepkość dynamiczna?

Lepkość dynamiczną płynu definiuje się jako przykładane naprężenie ścinające podzielone przez gradient prędkości osiągnięty, gdy siła ścinająca zostanie przyłożona do płynu. Lepkość różni się znacznie między płynami. Jest to ważne w zachowaniu przepływu cieczy.

Terminem stosowanym do opisania oporu płynu dla lepkości jest lepkość. Syrop jest bardziej lepki niż woda; melasa bardziej lepka niż syrop. Lepkość jest wynikiem łatwości, z jaką cząsteczki prześlizgują się obok siebie i jest funkcją chemii, kształtu i temperatury cząsteczek. Gazy również mają różne lepkości. W tej samej temperaturze tlen jest dwa razy lepszy niż wodór lub amoniak, a lepkość azotu leży pośrodku.

Klasyczny pomiar lepkości pochodzi z testu składającego się z dwóch gładkich płytek oddzielonych cienką warstwą płynu. Dolna płyta jest nieruchoma. Eksperymentator, używając znanej siły, próbuje przesunąć górną płytę poza dolną. W warstwie cieczy cząsteczki przy dolnej płycie mają zerową prędkość. Cząsteczki płynu obok górnej płyty mają taką samą prędkość jak górna płyta.

Chociaż płyn może być gazem lub cieczą, w tym teście łatwiej jest pomyśleć o płynach. Jeśli substancją oddzielającą płytki jest woda, płyta górna bardzo łatwo przesunie się na boki. W przypadku melasy jako cieczy górna płyta będzie się poruszać powolnie z taką samą siłą przyłożoną.

Siła ścinająca jest skierowana w stronę siły, w przeciwieństwie do sił rozciągających lub ściskających, które w tym przypadku byłyby siłami niezbędnymi do rozsuwania lub zbliżania płyt. Naprężenie ścinające jest siłą ścinającą podzieloną przez jednostkę powierzchni i jest wyrażona w niutonach na metr kwadratowy (N / m2) lub paskalach (Pa). Obliczenia lepkości zwykle wykonuje się w jednostkach metrycznych.

Gradient prędkości jest różnicą w szybkości przepływu cieczy obok dolnej płyty, która wynosi zero, w porównaniu z cieczą obok górnej płyty, która jest taka sama jak szybkość górnej płyty. Lepkość dynamiczna jest wówczas naprężeniem ścinającym podzielonym przez szybkość ścinania i jest mierzona w sekundach pascal (Pa-s). W praktyce lepkość mierzy się w centypuazach (cPo). Jeden centipoise to jedna milipaskalowa sekunda.

Inną miarą lepkości jest lepkość kinematyczna. Lepkość kinematyczna to lepkość dynamiczna podzielona przez gęstość płynu. Lepkość kinematyczna jest łatwiejsza do zmierzenia niż lepkość dynamiczna, dlatego często jest używana do określania lepkości dynamicznej.

Płyn Newtona zachowuje stałą lepkość dynamiczną niezależnie od szybkości ścinania. Keczup jest płynem nienewtonowskim. Ma wysoką lepkość dynamiczną, gdy natężenie przepływu jest niskie, ale staje się prawie tak płynne jak woda, gdy natężenie przepływu wzrasta. To tłumaczy, dlaczego ludzie potrząsają butelkami z keczupem, aby przyspieszyć przepływ keczupu, ale potem kończą się zbyt dużą ilością na talerzu.