Διαστατικός τύπος ιξώδους

Το ιξώδες είναι η εσωτερική αντίσταση στη ροή που έχει ένα υγρό. Γενικά, έχει παρατηρηθεί ότι τα υγρά που ρέουν αργά έχουν μεγαλύτερη εσωτερική αντίσταση. Αυτό οφείλεται στις ισχυρότερες διαμοριακές δυνάμεις του. Ως εκ τούτου, η διάσταση του ιξώδους αυτών των υγρών είναι πιο ιξώδης και έχει υψηλότερο ιξώδες.

Στη φυσική, όταν περιγράφουμε τον τύπο διαστάσεων του ιξώδους, θεωρείται ότι ποσοτικοποιεί τη δύναμη τριβής που προκύπτει μεταξύ των γειτονικών στρωμάτων υγρού όταν αυτά βρίσκονται σε σχετική κίνηση.

Επίσης, φαίνεται ότι τα υγρά που έχουν χαμηλότερη εσωτερική αντίσταση ρέουν γρήγορα. Αυτό οφείλεται κυρίως στο χαμηλότερο ιξώδες τους.

Εφόσον καταλάβατε την έννοια του ιξώδους, ας καταλάβουμε τώρα πώς λειτουργεί.

Λειτουργία ιξώδους

Ας καταλάβουμε πώς λειτουργεί πραγματικά το ιξώδες μέσω ενός παραδείγματος.

Σκεφτείτε ένα υγρό που ρέει μέσα από έναν στενό σωλήνα. Τώρα όλα τα μέρη του υγρού δεν θα περνούσαν από το σωλήνα με την ίδια ταχύτητα. Τώρα φανταστείτε ότι το υγρό αποτελείται από διάφορα κυλινδρικά ομοαξονικά στρώματα που είναι λεπτά. Αυτά τα στρώματα, όταν έρχονται σε επαφή με τα τοιχώματα των σωλήνων, είναι κυρίως ακίνητα. Καθώς το υγρό ταξιδεύει από το τοίχωμα προς το κέντρο του σωλήνα, η ταχύτητα του κυλινδρικού στρώματος θα αυξηθεί και θα φτάσει στο μέγιστο στο κέντρο.

Αυτό είναι επίσης γνωστό ως στρωτή ροή. Αυτή είναι μια διαβάθμιση της ταχύτητας που πηγαίνει από το ένα στρώμα στο στρώμα που βρίσκεται δίπλα του. Θα δείτε ότι καθώς το υγρό ταξιδεύει από το κέντρο προς τον τοίχο, η ταχύτητα των στρωμάτων συνεχίζει να μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε στρώμα προσφέρει κυρίως κάποια τριβή στο στρώμα που υπάρχει αμέσως πίσω του.

Η έννοια του ιξώδους είναι ότι είναι ουσιαστικά η δύναμη τριβής που παρέχει ένα μέρος του υγρού σε ένα άλλο μέρος. Υπάρχει μια δύναμη τριβής «f» που συμβαίνει μεταξύ δύο στρωμάτων που χωρίζονται με απόσταση «dx» cm και έχουν εμβαδόν «A» τετραγωνικά cm. Έτσι, μια διαφορά ταχύτητας «dv» cm/sec παρέχεται ως εξής:

f ∝ A (dv / dx )

f =η A (dv / dx)

Εδώ 

η- Η σταθερά που είναι γνωστή και ως συντελεστής ιξώδους

(dv / dx)  είναι η κλίση ταχύτητας.

Ο συντελεστής ιξώδους μπορεί επίσης να οριστεί ως η δύναμη τριβής που πρέπει να διατηρηθεί για διαφορά ταχύτητας 1 cm/sec μεταξύ των δύο παράλληλων στρωμάτων που απέχουν μεταξύ τους 1 cm και έχουν εμβαδόν 1 τετραγωνικό cm.

Παραγωγή του διαστατικού τύπου ιξώδους

Ο τύπος διαστάσεων του ιξώδους είναι M1 L-1 T-1

Εδώ M=Μάζα

L=Μήκος

T=Ώρα

Τώρα ας καταλάβουμε την παραγωγή

Ιξώδες=Εφαπτομενική δύναμη x Απόσταση μεταξύ στρωμάτων 

Περιοχή x Ταχύτητα -¹ ———(1)

Τώρα η Εφαπτομενική Δύναμη=M x a =M X [LT-²]

Τώρα ο τύπος διαστάσεων της Εφαπτομενικής Δύναμης =M¹ L¹ T-²—– (2)

Επίσης οι διαστάσεις του εμβαδού και της ταχύτητας =M0L² T0 και M0 L¹ T-¹——(3)

Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις (2), (3) στο (1) παίρνουμε ότι

Ιξώδες =Περιοχή δύναμης x Ταχύτητα -¹ x Απόσταση μεταξύ των στρωμάτων

Ή μπορούμε να γράψουμε ως 

η =[M¹ L1 T-²] × [M0 L2 T0]-¹ × [M0 L¹ T-¹]-¹ × [M0 L¹ T0] =[M¹ L-¹ T-¹]

Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι ο τύπος διαστάσεων του ιξώδους μπορεί να αναπαρασταθεί ως [M¹ L-1 T-¹]

Τώρα ας καταλάβουμε 

Ρευστό ιξώδες:Νευτώνειο &Μη Νευτώνειο 

Τα κοινά ρευστά που ονομάζονται Νευτώνεια ρευστά έχουν σταθερό ιξώδες. Όταν η δύναμη αυξάνεται, παρατηρείται μεγαλύτερη αντίσταση αλλά με σταθερή αναλογική αύξηση. Με απλά λόγια, τα νευτώνεια ρευστά συμπεριφέρονται όπως κάθε άλλο ρευστό, ανεξάρτητα από την ποσότητα δύναμης που ασκείται σε αυτά.

Από την άλλη πλευρά, τα μη νευτώνεια ρευστά δεν έχουν σταθερό ιξώδες. Διαφέρει ανάλογα με τη δύναμη που εφαρμόζεται σε αυτό. Ένα παράδειγμα είναι το Oobleck (λάσπη – όπως κατασκευάζεται στα μαθήματα επιστήμης των δημοτικών σχολείων), το οποίο δείχνει συμπαγή συμπεριφορά όταν ασκείται μεγάλη ποσότητα δύναμης σε αυτό. Ένα άλλο παράδειγμα μη νευτώνειων ρευστών είναι τα μαγνητορεολογικά ρευστά. Γίνονται σχεδόν στερεά όταν διατηρούνται κοντά σε ένα μαγνητικό πεδίο, αλλά επιστρέφουν στη ρευστή τους κατάσταση όταν αφαιρεθούν από το μαγνητικό πεδίο.

Το ιξώδες έχει σημαντική σημασία στις καθημερινές εφαρμογές και στους παρακάτω τομείς.

Εφαρμογές του ιξώδους στην καθημερινή ζωή

Κάποιος μπορεί να πιστεύει ότι το ιξώδες έχει μικρή σημασία στην καθημερινή ζωή, αλλά είναι σημαντικό σε αρκετά διαφορετικά πεδία:

• Λίπανση οχήματος:Κάποιος πρέπει να γνωρίζει το ιξώδες του οχήματός του όταν βάζει λάδι. Είναι σημαντικό καθώς το ιξώδες επηρεάζει την τριβή που με τη σειρά του επηρεάζει τη θερμότητα. Το ιξώδες καθορίζει επίσης την κατανάλωση λαδιού στο όχημά σας και πόσο εύκολα θα εκκινούσε το όχημά σας σε κρύες και ζεστές συνθήκες. Ορισμένα λάδια των οποίων το ιξώδες είναι χαμηλό, το λάδι μπορεί να γίνει πιο αραιό όταν θερμαίνεται. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στα οχήματά σας όταν λειτουργούν μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα.
• Μαγείρεμα:Το ιξώδες παίζει ουσιαστικό ρόλο στην προετοιμασία και το σερβίρισμα του φαγητού. Τα μαγειρικά λάδια μπορούν ή δεν μπορούν να αλλάξουν το ιξώδες τους με τη θερμότητα. Τα λίπη μπορεί να είναι μέτρια παχύρρευστα όταν θερμαίνονται και μπορεί να γίνουν στερεά όταν κρυώσουν. Το ιξώδες προσθέτει υφή σε διάφορα τρόφιμα. Για παράδειγμα, το μέλι είναι παχύρρευστο και μπορεί να αλλάξει την υφή του πιάτου.
• Κατασκευή:Ο κατασκευαστικός εξοπλισμός χρειάζεται σωστή λίπανση για να λειτουργεί ομαλά. Τα λιπαντικά που είναι πολύ παχύρρευστα μπορούν να βουλώσουν τις μηχανές. Από την άλλη πλευρά, τα λιπαντικά που είναι πολύ λεπτά μπορούν να παρέχουν πολύ μικρή προστασία.
• Φάρμακα:Το ιξώδες έχει μεγάλη σημασία στα φάρμακα επειδή τα υγρά εισάγονται στο ανθρώπινο σώμα ενδοφλεβίως. Το ιξώδες του αίματος είναι μια σημαντική παράμετρος - το αίμα που είναι πολύ παχύρρευστο μπορεί να σχηματίσει θρόμβους και το αίμα που είναι πολύ αραιό μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλη απώλεια αίματος, ακόμη και σε θάνατο.

Συμπέρασμα

Έτσι, διαβάζοντας ολόκληρο το άρθρο, ελπίζουμε να καταλάβατε την έννοια του ιξώδους, τον τύπο διαστάσεων του ιξώδους και τις σχετικές παραγώγους του. Προσπαθήσαμε επίσης να εξερευνήσουμε τους διαφορετικούς τύπους ιξώδους, συγκεκριμένα το νευτώνειο και το μη νευτώνειο. Το ιξώδες έχει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή, και μερικές από αυτές συζητήθηκαν παραπάνω. Ελπίζουμε ότι αποκτήσατε επαρκή κατανόηση του θέματος μέσω αυτών των σημειώσεων μελέτης για το ιξώδες.