Как определяется вязкость жидкости?

Во многих научных и производственных ситуациях необходимо знать вязкость жидкостей. Вязкость - это мера сопротивления жидкости течению. Жидкости с высокой вязкостью имеют большее сопротивление течению и не легко деформируются под воздействием физических нагрузок, в то время как жидкости с низкой вязкостью являются «жидкими» и легко текут. Вязкость жидкостей можно определить с помощью прибора, известного как вискозиметр, из которого существует множество различных типов. В тех случаях, когда приемлемы менее точные измерения, вязкость также может быть измерена с использованием простых гравитационных приборов.

Одним из наиболее распространенных типов вискозиметров является вискозиметр с падающей сферой. Эта установка измеряет вязкость жидкостей, определяя, сколько времени требуется небольшой сфере известной плотности и размера, чтобы пройти определенное расстояние через жидкость. Сфера помещается в вертикальную трубу, заполненную жидкостью, и ей позволяют достигать своей конечной скорости по мере падения При конечной скорости сила сопротивления, притягивающая сферу вверх, равна силе притяжения, притягивающей ее вниз, и сфера перестает ускоряться, поддерживая постоянную скорость при падении. Как только конечная скорость, плотность жидкости и сферы, а также размер сферы известны, формула, закон Стокса, может быть использована для расчета вязкости жидкости.

Другим довольно простым вискозиметром, который используется в лабораторных условиях, является вискозиметр Оствальда, также известный как вискозиметр со стеклянным капилляром или вискозиметр с U-образной трубкой. Это устройство U-образной стеклянной трубки состоит из двух лампочек, одна в нижней части левой руки U, а другая в верхней части правой. Она удерживается в вертикальном положении, когда жидкость всасывается в верхнюю колбу, а затем она стекает обратно в нижнюю колбу, минуя две отметки на пробирке. Вязкость жидкостей может быть определена с учетом диаметра стеклянной трубки, количества времени, которое требуется жидкости для прохождения двух отметок, и плотности этой жидкости.

Лаборатории, которые требуют точных измерений, могут использовать более сложные вискозиметры, которые включают электронику и измеряют вязкость, используя колеблющийся поршень или вибрирующий резонатор, погруженный в жидкость. В других условиях, таких как лакокрасочная промышленность, для определения приблизительной вязкости жидкостей могут использоваться более простые физические принципы. Эти измерения часто основаны на измерении, известном как кинематическая вязкость - сопротивление жидкости течению в присутствии силы тяжести.

Чаша Зана и чаша вязкости Форда являются примерами устройств на основе гравитации, используемых для измерения кинематической вязкости. В этих устройствах жидкая краска, в случае чашки Зана, или моторное масло для чашки Форда - стекает через небольшое отверстие в дне чашки, когда она удерживается на высоте. Жидкость вытекает плавным потоком до определенной точки, где она распадается на капли. В зависимости от вязкости жидкости поломка будет происходить в разное время. Меру кинематической вязкости можно найти, умножив это время в секундах на номер спецификации чашки, который откалиброван для соответствующей жидкости.