Γιατί οι ιξώδεις δυνάμεις είναι ηλεκτρομαγνητικές στη φύση;

Έχετε δίκιο να σκεφτείτε την ηλεκτρομαγνητική φύση των ιξώδους δυνάμεων! Παρόλο που δεν είναι πάντα ο πιο απλός τρόπος να σκεφτούμε το ιξώδες, είναι απολύτως αλήθεια ότι η υποκείμενη φυσική είναι θεμελιωδώς ηλεκτρομαγνητική. Εδώ είναι μια κατανομή:

1. Τι είναι οι ιξώδεις δυνάμεις;

* Ορισμός: Οι ιξώδεις δυνάμεις είναι εσωτερικές δυνάμεις τριβής που προκύπτουν μέσα σε ένα ρευστό όταν διαφορετικά μέρη του υγρού μετακινούνται σε διαφορετικές ταχύτητες. Φανταστείτε το μέλι που ρέει αργά - τα στρώματα πιο κοντά στο τοίχο του δοχείου κινούνται πιο αργά από τα στρώματα στο κέντρο. Η τριβή μεταξύ αυτών των στρωμάτων είναι το ιξώδες.

2. Η ηλεκτρομαγνητική σύνδεση

* Ατομικό/μοριακό επίπεδο: Σε ατομικό και μοριακό επίπεδο, όλα διέπονται από ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Τα ηλεκτρόνια στα άτομα προσελκύονται από τον θετικά φορτισμένο πυρήνα μέσω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

* Διαμοριακές δυνάμεις: Αυτές οι αλληλεπιδράσεις εκτείνονται πέρα ​​από μεμονωμένα άτομα, δημιουργώντας δυνάμεις μεταξύ μορίων. Τα πιο σημαντικά για την κατανόηση του ιξώδους είναι:

* Van der Waals Δυνάμεις: Αυτές είναι αδύναμες, δυνάμεις μικρής εμβέλειας που προκύπτουν από προσωρινές διακυμάνσεις στην κατανομή ηλεκτρονίων γύρω από τα μόρια.

* δεσμός υδρογόνου: Ένας ειδικός τύπος αλληλεπίδρασης που περιλαμβάνει άτομα υδρογόνου, ισχυρότερο από τις δυνάμεις van der Waals.

* Κίνηση υγρού: Όταν ρέει ένα υγρό, η σχετική κίνηση των μορίων οδηγεί σε αυτές τις διαμοριακές δυνάμεις που μεταβάλλονται συνεχώς. Φανταστείτε τα μόρια που προσπαθούν να γλιστρήσουν ο ένας στον άλλο. Αντιμετωπίζουν εξαιτίας αυτών των δυνάμεων, με αποτέλεσμα την οπισθέλκουσα τριβή, ονομάζουμε ιξώδες.

3. Γιατί δεν είναι πάντα προφανές

* Εστίαση στη μακροσκοπική κλίμακα: Στην καθημερινή μηχανική υγρών, συνήθως ασχολούμαστε με το ιξώδες ως μακροσκοπική ιδιότητα. Χρησιμοποιούμε εξισώσεις όπως οι εξισώσεις Navier-Stokes για να περιγράψουμε τον τρόπο ροής των υγρών, χωρίς να λαμβάνονται ρητά υπόψη τις υποκείμενες ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις.

* Απλοποίηση: Είναι ευκολότερο να αντιμετωπιστεί το ιξώδες ως ιδιότητα του υγρού αντί να το εντοπιστεί πίσω στη σύνθετη συμπεριφορά αμέτρητων μορίων που αλληλεπιδρούν μέσω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων.

Συνοπτικά:

Ενώ συχνά θεωρούμε το ιξώδες ως απλή ιδιότητα των υγρών, είναι μια εκδήλωση των περίπλοκων ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων και μορίων. Η αντίσταση στη ροή προκύπτει από το σταθερό ρυμουλκό μεταξύ των μορίων που προσπαθούν να γλιστρήσουν ο ένας στον άλλο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατανόηση της ηλεκτρομαγνητικής φύσης της ύλης είναι απαραίτητη για την κατανόηση του ιξώδους σε θεμελιώδες επίπεδο.